Đồ án Tổng đài Asterisk và công nghệ VoIP

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: TỔNG ĐÀI ASTERISK VÀ CÔNG NGHỆ VoIP NGƢỜI THỰC HIỆN : NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG LỚP : 04DT1 NGƢỜI HƢỚNG DẪN : GVC.TS.NGUYỄN VĂN CƢỜNG ĐÀ NẴNG, 06/2009 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh Phúc ***** LỜI CAM ĐOAN Em tên là: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Sinh viên lớp: 04ĐT1 Em xin cam đoan nội dung đồ án này không giống hoàn toàn với bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước. Nếu không đúng, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VOIP ................................................................. 1 1.1 Giới thiệu chƣơng ................................................................................... 1 1.2 Khái quát về mạng VoIP ........................................................................ 1 1.2.1 Giới thiệu .............................................................................................. 1 1.2.2 Khái niệm .............................................................................................. 1 1.2.3 Đặc điểm của điện thoại IP ................................................................... 2 1.2.4 Các hình thức truyền thoại qua IP ........................................................ 4 1.2.5 Một số ứng dụng VoIP ......................................................................... 6 1.2.6 Đặc tính của mạng VoIP ....................................................................... 7 1.2.7 Yêu cầu chất lượng đối với VoIP ......................................................... 9 1.3 Kiến trúc và các thành phần mạng VoIP ........................................... 10 1.3.1 Kiến trúc tổng quát mạng VoIP .......................................................... 10 1.3.2 Mô hình phân lớp chức năng .............................................................. 11 1.3.3 Các thành phần trong mạng VoIP ....................................................... 13 1.4 Kết luận chƣơng ................................................................................... 14 CHƢƠNG 2 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG MẠNG VOIP ........... 15 2.1 Giới thiệu chƣơng ................................................................................. 15 2.2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP .......................................... 15 2.2.1 H.323................................................................................................... 15 2.2.2 SIP ....................................................................................................... 23 2.2.3 Giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol) ....................... 31 2.2.4 Giao thức MGCP (Media Gateway Control Protocol) ....................... 31 2.2.5 Kết luận chương .................................................................................. 32 CHƢƠNG 3 TỔNG ĐÀI ASTERISK ................................................................ 33 3.1 Giới thiệu chƣơng ................................................................................. 33 3.2 Tổng đài IP-PBX .................................................................................. 33 3.2.1 Một số mô hình cuộc gọi sử dụng tổng đài IP-PBX ........................... 36 Mục lục 3.3 Tổng đài Asterisk .................................................................................. 37 3.3.1 Kiến trúc hệ thống Asterisk ................................................................ 39 3.3.2 Một số tính năng cơ bản ..................................................................... 40 3.3.3 Ngữ cảnh ứng dụng ............................................................................. 42 3.4 Asterisk với VoIP .................................................................................. 44 3.4.1 Các thiết bị dùng trong VoIP .............................................................. 44 3.4.2 Các giao thức VoIP được Asterisk hỗ trợ ........................................... 46 3.4.3 Các chuẩn nén và định dạng file ......................................................... 47 3.4.4 File cấu hình ....................................................................................... 50 3.4.5 Dialplan trong Asterisk ....................................................................... 53 3.5 Kết luận chƣơng ................................................................................... 56 CHƢƠNG 4 TRIỂN KHAI HỆ THỐNG ASTERISK ..................................... 57 4.1 Giới thiệu chƣong ................................................................................. 57 4.2 Kết nối phần cứng ................................................................................ 57 4.3 Cài đặt phần mềm ................................................................................ 58 4.4 Cấu hình hệ thống Aterisk ................................................................... 59 4.5 Thực hiện cuộc gọi ................................................................................ 62 4.6 Kết luận chƣơng ................................................................................... 64 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI PHỤ LỤC Lời mở đầu MỞ ĐẦU Những năm gần đây, số lượng người sử dụng Internet trên thế giới ngày một tăng. Mạng Internet đã phát triển thành một mạng số liệu toàn cầu cho phép nhiều loại hình thông tin truyền đi trên đó. Ra đời sau mạng chuyển mạch kênh, sự phát triển của Internet liên quan nhiều đến các kỹ thuật của mạng PSTN. Rất nhiều người truy nhập vào Internet bằng modem thông qua đường dây điện thoại và mạng điện thoại có thể trở thành môi trường để truyền đi những thông tin số liệu. Các dịch vụ multimedia trên mạng Internet đang ngày càng phát triển, thông tin truyền trên Internet không chỉ còn là số liệu nữa mà bao gồm cả tiếng nói và hình ảnh. Mạng Internet và mạng PSTN đang có xu hướng hội nhập lại với nhau. Một biểu hiện của sự hội nhập giữa mạng Internet và mạng PSTN là dịch vụ truyền thoại qua mạng IP. Dịch vụ truyền thoại qua mạng IP trong vài năm gần đây đang phát triển rất mạnh. Nó hứa hẹn đem lại nhiều lợi ích bao gồm giảm chi phí các cuộc gọi đường dài và tích hợp thoại và số liệu vào một mạng duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói. Vì vậy, việc nghiên cứu và nắm bắt công nghệ VoIP đang được nhiều đối tượng quan tâm. Trong quá trình tìm hiểu em đã chọn đề tài : “Tổng đài ASTERISK và công nghệ VoIP”. Nội dung đề tài gồm 4 chương:  Chƣơng 1 Tổng quan về VoIP Trong chương này sẽ tìm hiểu các khái niệm VoIP, ứng dụng của VoIP, trình bày các ưu, nhược điểm cũng như yêu cầu chất lượng đối với VoIP và tìm hiểu về kiến trúc mạng và các thành phần của mạng VoIP.  Chƣơng 2 Các giao thức trong mạng VoIP Chương này sẽ trình bày các khái niệm, chức năng của giao thức báo hiệu trong mạng VoIP  Chƣơng 3 Tổng đài Asterisk Giới thiệu về tổng đài Asterisk, trình bày kiến trúc , tính năng và ngữ cảnh ứng dụng của tổng đài Asterisk, giới thiệu các giao thức của VoIP của tổng đài.  Chƣơng 4 Triển khai hệ thống Asterisk Thực hiện thử nghiệm hình thức truyền thoại qua môi trường IP để thấy được các tính năng mà hệ thống Asterisk đem lại. Lời mở đầu Trong quá trình làm đồ án, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy Cô, bạn bè. Suốt quá trình học tập, Thầy Cô đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu tạo cơ sở cho em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến các Thầy Cô trong khoa Điện Tử-Viễn Thông. Đặc biệt là Thầy Nguyễn Văn Cƣờng đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu và cổ vũ, động viên em trong thời gian qua. Em xin chân thành cám ơn! Đà Nẵng, tháng 6 năm 2009 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Quỳnh Trang Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình PC to PC ......................................................................................... 5 Hình 1.2 Mô hình PC to Phone ................................................................................... 5 Hình 1.3 Mô hình Phone to Phone .............................................................................. 6 Hình 1.4 Mô hình kiến trúc tổng quan của mạng VoIP ............................................. 10 Hình 1.5 Mô hình phân cấp chức năng ...................................................................... 11 Hình 1.6 Cấu hình mạng VoIP trong xu hướng mạng thế hệ mới NGN ................... 13 Hình 2.1 Các giao thức sử dụng trong H.323 ............................................................ 15 Hình 2.2 Các thành phần của H.323 .......................................................................... 16 Hình 2.3 Tập giao thức H.323 ................................................................................... 18 Hình 2.4 Quá trình thiết lập cuộc gọi H.323 ............................................................. 22 Hình 2.5 Các thành phần của SIP .............................................................................. 23 Hình 2.6 Hoạt động của Proxy server........................................................................ 25 Hình 2.7 Hoạt động của Redirect Server ................................................................... 26 Hình 2.8 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP ..................................................................... 27 Hình 3.1 Mô hình IP-PBX hay PBX “mềm” ............................................................. 33 Hình 3.2 Mô hình cuộc gọi nội bộ ............................................................................. 36 Hình 3.3 Mô hình cuộc gọi từ máy IP ra mạng PSTN .............................................. 36 Hình 3.4 Mô hình cuộc gọi từ PSTN vào máy IP-PBX ............................................ 37 Hình 3.5 Mô hình cuộc gọi sử dụng dịch vụ SIP công cộng ..................................... 37 Hình 3.6 Sơ đồ giao tiếp tổng quát. ........................................................................... 38 Hình 3.7 Sơ đồ khối của Asterisk .............................................................................. 39 Hình 3.8 IP BPX ........................................................................................................ 42 Hình 3.9 Kết nối IP PBX với PBX ............................................................................. 42 Hình 3.10 Kết nối giữa các server asterisk ................................................................. 43 Hình 3.11 Triển khai server IVR, VoiceMail, Conference Call ................................... 43 Hình 3.12 Phân phối cuộc gọi với hàng đợi ................................................................ 44 Hình 3.13 Các chuẩn nén ........................................................................................... 48 Hình 3.14 Các định dạng file ..................................................................................... 48 Hình 4.1 Mô hình triển khai hệ thống Asterisk trong mạng LAN ............................ 57 Hình 4.2 Giao diện Fedora Core 8 ............................................................................. 58 Hình 4.3 Giao diện softphone X-lite 3.0 ................................................................... 59 Hình 4.4 Cấu hình softphone ..................................................................................... 60 Hình 4.5 Softphone X-Lite đăng ký thành công tài khoản 200 ................................. 61 Hình 4.6 Các user đã được xác nhận của hệ thống Asterisk PBX ............................. 61 Hình 4.7 User 200 rung chuông 201.......................................................................... 62 Hình 4.8 Cuộc gọi được thiết lập giữa user 200 và 201 ............................................ 62 Hình 4.9 Lời nhắn được gửi đến voicemail box của user 200 ................................... 63 Hình 4.10 Truy nhập vào voicemail của user 200 bằng cách bấm gọi 500 ................ 63 Hình 4.11 Cuộc gọi giữa user 200 với skype-username ............................................. 64 Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 So sánh giữa PBX truyền thống và IP-PBX ................................................ 34 Bảng 3.2 Hệ thống quản lý file trong Asterisk ........................................................... 50 Các từ viết tắt CÁC TỪ VIẾT TẮT A AA Automated Attendant ACD Automatic Call Distribution Phân phối cuộc gọi tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ ATA Advanced Technology Attachment Chuẩn truyền dữ liệu cho các thiết bị lưu trữ. ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường truyền thuê bao số bất đồng bộ API Application Program Interface Giao diện ứng dụng ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ARP C CRC cyclic redundancy check Kiểm tra vòng dư CPL Call Processing Language Ngôn ngữ xử lí cuộc gọi COPS Common Open Policy Service Dịch vụ chính sách mở chung D DTMF Dual Tone Multi Frequency Đa tần kép Các từ viết tắt H HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản I IAX Inter-Asterisk eXchange IP Internet Protocol Giao thức Internet IPDC Internet Protocol Device Control Giao thức điều khiển thiết bị IVR Interactive Voice Response Tương tác thoại M MAC Media Access Control Khả năng kết nối ở tầng vật lý MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển Media Gateway MGW Media GateWay Cổng truyền thông MGWC Media GateWay Controller Điều khiển cổng truyền thông MIME Multipurpose Internet Mail Extension Mở rộng thư tín Internet đa mục đích: Giao thức thư điện tử Các từ viết tắt N NIC Network Information Center Trung tâm thông tin mạng O OSP Open Settlement Protocol Giao thức thỏa thuận mở P PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại công cộng PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm tới điểm PBX Private branch exchange Tổng đài cá nhân PCI Peripheral Component Interconnect Các thành phần cấu hình nên cổng giao tiếp ngoại vi theo chuẩn nối tiếp Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ R RTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền thời gian thực RTCP Real Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thực RAS Register Admission Status Báo hiệu đăng kí, cấp phép, thông tin trạng thái RTSP Real Time Streaming Protocol Giao thức tạo luồng thời gian thực RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giành trước tài nguyên mạng Các từ viết tắt S SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SGCP Simple Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng mạng đơn giản SAP Session Advertisement Protocol Giao thức thông báo trong phiên kết nối SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên SS7 Signaling System 7 Hệ thống báo hiệu số 7 SGW Signalling Gateway Gateway báo hiệu Các từ viết tắt T TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền TCP TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia thời gian TLS Transmission layer security Giao thức bảo mật lớp truyền tải TTL Time to live Thời gian tồn tại gói tin U UDP User Datagram Protocol Giao thức gói người sử dụng V VoIP Voice over IP Công nghệ truyền thoại trên mạng IP Chương 1: Tổng quan về VoIP 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VoIP 1.1 Giới thiệu chƣơng VoIP- điện thoại internet hay thường gọi là dịch vụ điện thoại dải rộng (Broadband Telephony) đang làm thay đổi ngành điện thoại thế giới. Trong môi trường doanh nghiệp đang dần dần thay thế kiểu điện thoại truyền thống để tận dụng các lợi ích và đặc điểm mà điện thoại internet mang lại. Do đó để biết rõ hơn về VoIP, trong chương này ta lần lượt tìm hiểu khái quát về VoIP, trình bày các khái niệm VoIP, mô hình truyền thoại qua mạng IP, ứng dụng của VoIP, trình bày các ưu, nhược điểm cũng như yêu cầu chất lượng đối với VoIP.Tìm hiểu về kiến trúc mạng và các thành phần của mạng VoIP. 1.2 Khái quát về mạng VoIP 1 1.2.1 Giới thiệu Đầu năm 1995 công ty VOCALTEC đưa ra thị trường sản phẩm phần mềm thực hiện cuộc thoại qua Internet đầu tiên trên thế giới. Sau đó có nhiều công ty đã tham gia vào lĩnh vực này. Tháng 3 năm 1996, VOLCALTEC kết hợp với DIALOGIC tung ra thị trường sản phẩm kết nối mạng PSTN và Internet. Hiệp hội các nhà sản xuất thoại qua mạng máy tính đã sớm ra đời và thực hiện chuẩn hoá dịch vụ thoại qua mạng Internet. Việc truyền thoại qua internet đã gây được chú ý lớn trong những năm qua và đã dần được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. 1.2.2 Khái niệm Có thể định nghĩa: Voice over Internet Protocol (VoIP) là một công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng Internet. VoIP là một trong những công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối với các nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ. VoIP có thể vừa thực hiện cuộc gọi thoại như trên mạng điện thoại kênh truyền thống (PSTN) đồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở mạng truyền dữ liệu. Như vậy, nó đã tận dụng Chương 1: Tổng quan về VoIP 2 được sức mạnh và sự phát triển vượt bậc của mạng IP vốn chỉ được sử dụng để truyền dữ liệu thông thường. 1.2.3 Đặc điểm của điện thoại IP Điện thoại IP ra đời nhằm khai thác tính hiệu quả của các mạng truyền số liệu, khai thác tính linh hoạt trong phát triển các ứng dụng mới của giao thức IP và nó được áp dụng trên một mạng toàn cầu là mạng Internet. Các tiến bộ của công nghệ mang đến cho điện thoại IP những ưu điểm sau: + Giảm chi phí cuộc gọi: Ưu điểm nổi bật nhất của điện thoại IP so với dịch vụ điện thoại hiện tại là khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài giá rẻ với chất lượng chấp nhận được. Nếu dịch vụ điện thoại IP được triển khai, chi phí cho một cuộc gọi đường dài sẽ chỉ tương đương với chi phí truy nhập internet. Nguyên nhân dẫn đến chi phí thấp như vậy là do tín hiệu thoại được truyền tải trong mạng IP có khả năng sử dụng kênh hiệu quả cao. Đồng thời, kỹ thuật nén thoại tiên tiến giảm tốc độ bít từ 64 Kbps xuống thấp tới 8 Kbps (theo tiêu chuẩn nén thoại G.729A của ITU-T) kết hợp với tốc độ xử lý nhanh của các bộ vi xử lý ngày nay cho phép việc truyền tiếng nói theo thời gian thực là có thể thực hiện được với lượng tài nguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ. So sánh một cuộc gọi trong mạng PSTN với một cuộc gọi qua mạng IP, ta thấy: Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạng PSTN là chi phí phải bỏ ra để duy trì cho một kênh 64kbps suốt từ đầu cuối này tới đầu cuối kia thông qua một hệ thống các tổng đài. Chi phí này đối với các cuộc gọi đường dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn. Trong trường hợp cuộc gọi qua mạng IP, người sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải duy trì kênh 64kbps đến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại địa phương. Nhà cung cấp dịch vụ điện thoại IP sẽ đảm nhận nhiệm vụ nén, đóng gói tín hiệu thoại và gửi chúng đi qua mạng IP một cách có hiệu quả nhất để tới được Gateway nối tới một mạng điện thoại khác có người liên lạc đầu kia. Việc kết nối như vậy làm giảm đáng kể chi phí cuộc gọi do phần lớn kênh truyền 64Kbps đó được thay thế bằng việc truyền thông tin qua mạng dữ liệu hiệu quả cao. Chương 1: Tổng quan về VoIP 3 + Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu: Trong điện thoại IP, tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu đều có thể cùng đi trên cùng một mạng IP. Điều này sẽ tiết kiệm được chi phí đầu tư để xây dựng những mạng riêng rẽ. + Khả năng mở rộng (Scalability): Nếu như các hệ tổng đài thường là những hệ thống kín, rất khó để thêm vào đó những tính năng thì các thiết bị trong mạng internet thường có khả năng thêm vào những tính năng mới. Chính tính mềm dẻo đó mang lại cho dịch vụ điện thoại IP khả năng mở rộng dễ dàng hơn so với điện thoại truyền thống. + Không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý: Gói thông tin trong mạng IP truyền đến đích mà không cần một sự thiết lập kênh nào. Gói chỉ cần mang địa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thông tin đó có thể đến được đích. Do vậy, việc điều khiển cuộc gọi trong mạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng cuộc gọi mà không phải tập trung vào chức năng thiết lập kênh. + Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh, tài nguyên băng thông cung cấp cho một cuộc liên lạc là cố định (một kênh 64Kbps) nhưng trong điện thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều. Khi một cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp, băng thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lượng thoại tốt nhất có thể; nhưng khi lưu lượng của mạng cao, mạng sẽ hạn chế băng thông của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lượng thoại chấp nhận được nhằm phục vụ cùng lúc được nhiều người nhất. Điểm này cũng là một yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụng của điện thoại IP. Việc quản lý băng thông một cách tiết kiệm như vậy cho phép người ta nghĩ tới những dịch vụ cao cấp hơn như truyền hình hội nghị, điều mà với công nghệ chuyển mạch cũ người ta đó không thực hiện vì chi phí quá cao. + Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại. Ví dụ cho biết thông tin về người gọi tới hay một thuê bao điện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị đầu cuối duy nhất (Ví dụ như một thiết bị IP Phone có thể có một số điện thoại dành cho công việc, một cho các cuộc gọi riêng tư). + Khả năng multimedia: Trong một “cuộc gọi” người sử dụng có thể vừa nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ liệu, hay xem hình ảnh của người nói chuyện bên kia. Chương 1: Tổng quan về VoIP 4 Điện thoại IP cũng có những hạn chế: + Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là không thể tránh được và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trên mạng. Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (để giảm được tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc...Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder- Bộ mó hóa và giải mó) phải đủ nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn. Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ mới như Frame Relay, ATM,...để có tốc độ cao hơn và phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service- Chất lượng dịch vụ). Tất cả các điều này làm cho kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trở nên phức tạp và không thể thực hiện được trong những năm trước đây. + Vấn đề bảo mật (security): Mạng Internet là một mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp (hetorogenous network). Trong đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau cùng các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng. Do vậy không có gì đảm bảo rằng thông tin liên quan đến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của người dùng được giữ bí mật. Như vậy, điện thoại IP chứng tỏ nó là một loại hình dịch vụ mới rất có tiềm năng. Trong tương lai, điện thoại IP sẽ cung cấp các dịch vụ hiện có của điện thoại trong mạng PSTN và các dịch vụ mới của riêng nó nhằm đem lại lợi ích cho đông đảo người dựng. Tuy nhiên, điện thoại IP với tư cách là một dịch vụ sẽ không trở nên hấp dẫn hơn PSTN chỉ vì nó chạy trên mạng IP. Khách hàng chỉ chấp nhận loại dịch vụ này nếu như nó đưa ra được một chi phí thấp và những tính năng vượt trội hơn so với dịch vụ điện thoại hiện tại. 1.2.4 Các hình thức truyền thoại qua IP 1.2.4.1 Mô hình PC to PC Trong mô hình này, mỗi máy tính cần được trang bị một sound card, một microphone, một speaker và được kết nối trực tiếp với mạng Internet thông qua modem hoặc card mạng. Mỗi máy tính được cung cấp một địa chỉ IP và hai máy tính đã có thể trao đổi các tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet. Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu Chương 1: Tổng quan về VoIP 5 âm thanh, mã hoá và giải mã, nén và giải nén tín hiệu đều được máy tính thực hiện. Trong mô hình này chỉ có những máy tính nối với cùng một mạng mới có khả năng trao đổi thông tin với nhau. ` ` Internet PC PC Hình 1.1 Mô hình PC to PC 1.2.4.2 Mô hình PC to Phone Mô hình PC to Phone là một mô hình được cải tiến hơn so với mô hình PC to PC. Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọi đến mạng PSTN thông thường và ngược lại. Trong mô hình này mạng Internet và mạng PSTN có thể giao tiếp với nhau nhơ một thiết bị đặc biệt đó là Gateway. Đây là mô hình cơ sở để dẫn tới việc kết hợp giữa mạng Internet và mạng PSTN cũng như các mạng GSM hay đa dịch vụ khác. PSTNInternet ` PC Phone Hình 1.2 Mô hình PC to Phone 1.2.4.3 Mô hình Phone to Phone Đây là mô hình mở rộng của mô hình PC to Phone sử dụng Internet làm phương tiện liên lac giữa các mạng PSTN. Tất cả các mạng PSTN đều kết nối với mạng Internet thông qua các gateway. Khi tiến hành cuộc gọi mạng PSTN sẽ kết nối đến gateway gần nhất. Tại gateway địa chỉ sẽ được chuyển đổi từ địa chỉ PSTN sang địa chỉ IP để có thể định tuyến các gói tin đến được mạng đích. Đồng thời gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau đó mã hoá, nén, đóng gói và gửi qua mạng. Mạng Chương 1: Tổng quan về VoIP 6 đích cũng được kết nối với gateway và tại gateway đích, địa chỉ lại được chuyển đổi trở lại thành địa chỉ PSTN và tín hiệu được giải nén, giải mã chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích. Hình 1.3 Mô hình Phone to Phone 1.2.5 Một số ứng dụng VoIP Giao tiếp thoại sẽ vẫn là dạng giao tiếp cơ bản của con người.Mạng điện thoại công cộng không thể bị đơn giản thay thế, thậm chí thay đổi trong thời gian tới. Mục đích tức thời của các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại IP là tái tạo lại khả năng của điện thoại với một chi phí vận hành thấp hơn nhiều và đưa ra các giải pháp kỹ thuật bổ sung cho mạng PSTN. Điện thoại có thể được áp dụng cho gần như mọi yêu cầu của giao tiếp thoại, từ một cuộc đàm thoại cơ bản cho đến một cuộc gọi hội nghị nhiều người phức tạp. Chất lượng âm thanh được truyền cũng có thể biến đổi tuỳ theo ứng dụng. Ngoài ra, với khả năng của Internet, dịch vụ điện thoại IP sẽ cung cấp thêm nhiều tính năng mới. Ta có thể xem xét một vài ứng dụng của điện thoại : Thoại thông minh Hệ thống điện thoại ngày càng trở nên hữu hiệu: rẻ, phổ biến, dễ sử dụng, cơ động. Nó chỉ có một số phím để điều khiển. Trong những năm gần đây, người ta đã cố gắng để tạo ra thoại thông minh, đầu tiên là các thoại để bàn, sau là đến các server. Nhưng mọi cố gắng đều thất bại do sự tồn tại của các hệ thống có sẵn. Internet sẽ thay đổi điều này. Kể từ khi Internet phủ khắp toàn cầu, nó đã được sử dụng để tăng thêm tính thông minh cho mạng điện thoại toàn cầu. Giữa mạng máy tính và mạng điện thoại tồn tại một mối liên hệ. Internet cung cấp cách giám sát và điều khiển các Chương 1: Tổng quan về VoIP 7 cuộc thoại VoIP một cách tiên lợi hơn. Chúng ta có thể thấy được khả năng kiểm soát và điều khiển các cuộc gọi thông qua mạng Internet. Dịch vụ điện thoại Web World Wide Web đã làm cuộc cách mạng trong cách giao dịch với khách hàng của các doanh nghiêp. Điện thoại Web hay “bấm số” (click to dial) cho phép các doanh nghiệp có thể đưa thêm các phím bấm lên trang web để kết nối tới hệ thống điện thoại của họ. Truy cập các trung tâm trả lời điện thoại Truy cập đến các trung tâm phục vụ khách hàng qua mạng Internet sẽ thúc đẩy mạnh mẽ thương mại điện tử. Dịch vụ sẽ cho phép một khách hàng có câu hỏi về một sản phẩm được chào hàng qua Internet được các nhân viên của công ty trả lời trực tiếp. Dịch vụ fax qua IP Việc sử dụng Internet không những được mở rộng cho thoại mà còn cho cả dịch vụ fax. Nếu bạn gởi nhiều fax từ PC, đặc biệt là gởi ra nước ngoài thì việc sử dụng dịch vụ Internet faxing sẽ giúp bạn tiết kiệm được tiền và cả kênh thoại. Dịch vụ này sẽ chuyển trực tiếp từ PC của bạn qua kết nối Internet. 1.2.6 Đặc tính của mạng VoIP 1.2.6.1 Ƣu điểm Giảm chi phí: Đây là ưu điểm nổi bật của VoIP so với điện thoại đường dài thông thường. Chi phí cuộc gọi đường dài chỉ bằng chi phí cho truy nhập Internet. Một giá cước chung sẽ thực hiện được với mạng Internet và do đó tiết kiệm đáng kể các dịch vụ thoại và fax. Sự chia sẻ chi phí thiết bị và thao tác giữa những người sử dụng thoại và dữ liệu cũng tăng cường hiệu quả sử dụng mạng. Đồng thời kỹ thuật nén thoại tiên tiến làm giảm tốc độ bit từ 64Kbps xuống dưới 8Kbps, tức là một kênh 64Kbps lúc này có thể phục vụ đồng thời 8 kênh thoại độc lập. Như vậy, lý dó lớn nhất giúp cho chi phí thực hiện cuộc gọi VoIP thấp chính là việc sử dụng tối ưu băng thông. Tính thống nhất : Hệ thống VoIP có thể tích hợp cả mạng thoại , mạng số liệu và mạng báo hiệu. Các tín hiệu thoại, dữ liệu, báo hiệu có thể cùng đi trên một mạng IP. Việc này sẽ giảm đáng kể chi phí đầu tư. Chương 1: Tổng quan về VoIP 8 Vấn đề quản lý băng thông: Trong PSTN, băng thông cung cấp cho một cuộc gọi là cố định. Trong VoIP, băng thông được cung cấp một cách linh hoạt và mềm dẻo hơn nhiều. Chất lượng của VoIP phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là băng thông. Do đó không có sự bắt buộc nào về mặt thông lượng giữa các thiết bị đầu cuối mà chỉ có các chuẩn tuỳ vào băng thông có thể của mình, bản thân các đầu cuối có thể tự điều chỉnh hệ số nén và do đó điều chỉnh được chất lượng cuộc gọi. Nâng cao ứng dụng và khả năng mở rộng: Thoại và fax chỉ là các ứng dụng khởi đầu cho VoIP, các lợi ích trong thời gian dài hơn được mong đợi từ các ứng dụng đa phương tiện (multimedia) và đa dịch vụ. Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra nhiều tinh năng mới trong dịch vụ thoại. Đồng thời tính mềm dẻo còn tạo khả năng mở rộng mạng và các dịch vụ. Tính bảo mật cao: VoIP được xây dựng trên nền tảng Internet vốn không an toàn, do đó sẽ dẫn đến khả năng các thông tin có thể bị đánh cắp khi các gói tin bị thu lượm hoặc định tuyến sai địa chỉ một cách cố ý khi chúng truyền trên mạng. Các giao thức SIP (Session ineitiation Protocol – giao thức khởi đầu phiên) có thể thành mật mã và xác nhận các thông điệp báo hiệu đầu cuối. RTP (Real Time Protocol) hỗ trợ mã thành mật mã của phương thức truyền thông trên toàn tuyến được mã hoá thành mật mã đảm bảo truyền thông an toàn. 1.2.6.2 Nhƣợc điểm Chất lƣợng dịch vụ chƣa cao: Các mạng số liệu vốn dĩ không phải xây dựng với mục đích truyền thoại thời gian thực, vì vậy khi truyền thoại qua mạng số liệu cho chất lượng cuộc gọi không được đảm báo trong trường hợp mạng xảy ra tắc nghẽn hoặc có độ trễ lớn. Tính thời gian thực của tín hiệu thoại đòi hỏi chất lượng truyền dữ liệu cao và ổn định. Một yếu tố làm giảm chất lượng thoại nữa là kỹ thuật nén để tiết kiệm đường truyền. Nếu nén xuống dung lượng càng thấp thì kỹ thuật nén càng phức tạp, cho chất lượng không cao và đặc biệt là thời gian xử lý sẽ lâu, gây trễ. Vấn đề tiếng vọng: Nếu như trong mạng thoại, độ trễ thấp nên tiếng vọng không ảnh hưởng nhiều thì trong mạng IP, do trễ lớn nên tiếng vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại. Chương 1: Tổng quan về VoIP 9 Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là không thể tránh được và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trên mạng. Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (để giảm được tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc... Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder) phải đủ nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn. Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ mới như Frame Relay, ATM,... để có tốc độ cao hơn hoặc phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service). Tất cả các điều này làm cho kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trở nên phức tạp và không thể thực hiện được trong những năm trước đây Ngoài ra có thể kể đến tính phức tạp của kỹ thuật và vấn đề bảo mật thông tin (do Internet nói riêng và mạng IP nói chung vốn có tính rộng khắp và hỗn hợp, không có gì bảo đảm rằng thông tin cá nhân được giữ bí mật). 1.2.7 Yêu cầu chất lƣợng đối với VoIP Từ những nhược điểm chính của mạng chuyển mạch gói đã đặt ra những yêu cầu cho VoIP như sau: Chất lượng thoại phải ổn định, độ trễ chấp nhận được. Mạng IP cơ bản phải đáp ứng được những tiêu chí hoạt động khắt khe gồm giảm thiểu việc không chấp nhận cuộc gọi, mất mát gói và mất liên lạc. Điều này đòi hỏi ngay cả trong trường hợp mạng bị nghẽn hoặc khi nhiều người sử dụng chung tài nguyên của mạng cùng một lúc. Việc báo hiệu có thể tương tác được với báo hiệu của mạng PSTN. Quản lý hệ thống an toàn, địa chỉ hoá và thanh toán phải được cung cấp, tốt nhất là được hợp nhất với các hệ thống hỗ trợ hoạt động PSTN. Chương 1: Tổng quan về VoIP 10 1.3 Kiến trúc và các thành phần mạng VoIP 1.3.1 Kiến trúc tổng quát mạng VoIP Hình 1.4 Mô hình kiến trúc tổng quan của mạng VoIP Trong mô hình này là sự có mặt của ba thành phần chính trong mạng VoIP đó là: Chương 1: Tổng quan về VoIP 11 IP Phone (hay còn gọi là SoftPhone): là thiết bị giao diện đầu cuối phía người dùng với mạng VoIP. Cấu tạo chính của một IP Phone gồm hai thành phần chính:Thành phần báo hiệu mạng VoIP: báo hiệu có thể là H.323 sử dụng giao thức TCP hay SIP sử dụng UDP hoặc TCP làm giao thức truyền tải của mình. Thành phần truyền tải media: sử dụng RTP để truyền luồng media với chất lượng thời gian thực và được điều khiển theo giao thức RTCP. VoIP Server: chức năng chính của Server trong mạng VoIP tùy thuộc vào giao thức báo hiệu được sử dụng. Nhưng về mô hình chung thì VoIP Server thực hiện các chức năng sau: Định tuyến bản tin báo hiệu trong mạng VoIP Đăng kí, xác thực người sử dụng Dịch địa chỉ trong mạng Nói chung, VoIP Server trong mạng như là đầu não chỉ huy mọi hoạt động của mạng. Server có thể tích hợp tất cả các chức năng (SoftSwitch) hoặc nằm tách biệt trên các Server chức năng khác nhau ( Location Server, Registrar Server, Proxy Server,…). 1.3.2 Mô hình phân lớp chức năng Về mặt chức năng, công nghệ VoIP có thể được chi làm ba lớp như sau: Lớp ứng dụng dịch vụ Lớp điều khiển cuộc gọi Lớp cơ sở hạ tầng mạng gói Giao diện mở và tuân theo chuẩn Giao diện mở và tuân theo chuẩn Hình 1.5 Mô hình phân cấp chức năng Lớp cơ sở hạ tầng mạng gói thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng thoại. Trong VoIP, cơ sở hạ tầng là các mạng IP. Giao thức truyền tải thời gian thực RTP (Realtime Transport Protocol) kết hợp với UDP và IP giúp truyền tải thông tin thoại qua mạng IP. RTP chạy trên UDP, còn UDP hoạt động trên IP hình thành lên cơ chế truyền RTP/UDP/IP trong VoIP. Chương 1: Tổng quan về VoIP 12 Trong các mạng IP, hiện tượng các gói IP thất lạc hoặc đến không theo thứ tự thường xuyên xảy ra. Cơ chế truyền TCP/IP khắc phục việc mất gói bằng cơ chế truyền lại không phù hợp với các ứng dụng thời gian thực vốn rất nhạy cảm với trễ. RTP với trường tem thời gian (timestamp) được dùng để bên thu nhận biết và xử lí các vấn đề như trễ, sự thay đổ độ trễ(jitter) và sự mất gói. Lớp điều khiển cuộc gọi thực hiện chức năng báo hiệu, định hướng cuộc gọi trong VoIP. Sự phân tách giữa mặt phẳng báo hiệu và truyền tải đã được thực hiện ở PSTN với báo hiệu kênh chung SS7, nhưng ở đây nhấn mạnh một thực tế có nhiều chuẩn báo hiệu cho VoIP cùng tồn tại như H323, SIP hay SGCP/MGCP (Simple Gateway Control Protocol/ Media Gateway Control Protocol). Các giao thức báo hiệu này có thể hoạt động cùng nhau, được ứng dụng để phù hợp với những nhu cầu cụ thể của mạng. Ngoài ra lớp này còn cung cấp chức năng truy nhập tới dịch vụ bên trên cũng như các giao diện lập trình mở để phát triển ứng dụng. Lớp ứng dụng dịch vụ đảm nhiệm chức năng cung cấp dịch vụ trong mạng với cả dịch vụ cũ tưong tự như trong PSTN và dịch vụ mới thêm vào. Các giao diện mở cho phép các nhà cung cấp phần mềm độc lập phát triển ra nhiều ứng dụng mới. Đặc biệt là các ứng dụng dựa trên Web, các ứng dụng kết hợp giữa thoại và dữ liệu, các ứng dụng liên quan tới thương mại điện tử. Sự phân tách lớp dịch vụ làm cho các dịch vụ mới được triển khai nhanh chóng. Ngoài ra, các chức năng như quản lí, nhận thực cuộc gọi và chuyển đổi địa chỉ cũng được thực hiện ở lớp này. Do các giao diện giữa các lớp là mở và tuân theo chuẩn, tạo ra nhiều sự lựa chọn khi xây dựng thiết kế mạng. Ví dụ, ứng với lớp cơ sở hạ tầng mạng ta có thể dùng các router và switch của hãng Cisco, điều khiển cuộc gọi thực hiện bằng các gatekeeper của VocalTec và các dịch vụ được cung cấp bởi server dịch vụ của Netspeak. Do đó mô hình trên không chỉ có giá trị về mặt lí thuyết. Chương 1: Tổng quan về VoIP 13 1.3.3 Các thành phần trong mạng VoIP Hình 1.6 Cấu hình mạng VoIP trong xu hướng mạng thế hệ mới NGN Mạng VoIP phải có khả năng thực hiện các chức năng mà mạng điện thoại công cộng thực hiện, ngoài ra phải thực hiện chức năng của một gateway giữa mạng IP và mạng điện thoại công cộng. Thành phần của mạng điện thoại IP có thể gồm các phần tử sau đây: + Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP: Là một nút cuối cùng trong mạng điện thoại IP, một thiết bị đầu cuối có thể cho phép một thuê bao trong mạng IP thực hiện cuộc gọi. Cuộc gọi đó sẽ được gatekeeper mà đầu cuối hoặc thuê bao đã đăng ký giám sát. + Mạng truy nhập IP: Là các loại mạng dữ liệu sử dụng chồng giao thức TCP/IP trong đó sử dụng giao thức IP cho lớp mạng (lớp 3) còn ở lớp truy nhập mạng (lớp 2) có thể là giao thức của mạng LAN, x25, Frame Relay, PPP.... + Gateway: Là thiết bị có chức năng kết nối hai mạng không giống nhau, hầu hết các trường hợp đó là mạng IP và mạng PSTN. Có 3 loại gateway là: Gateway truyền tải kênh thoại, Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại và Gateway báo hiệu. - Gateway báo hiệu (SGW- Signalling Gateway): chức năng trung chuyển giữa báo hiệu trong mạng chuyển mạch kênh (như là SS7 hay R2) và báo hiệu trong mạng IP (H.323), phối hợp hoạt động với Gateway truyền tải và hệ thống quản lý mạng. Gateway báo hiệu có thể đứng độc lập hoặc có thể kết hợp với Gateway truyền tải thoại thành một Gateway duy nhất. Chương 1: Tổng quan về VoIP 14 - Gateway truyền tải kênh thoại( MGW- Media Gateway): Chức năng chuyển đổi khuôn dạng thông tin từ thông tin ghép kênh theo thời gian (TDM) trong mạng chuyển mạch gói thành các gói tin IP và ngược lại, nén tín hiệu thoại (voice compression), nén khoảng lặng (silent comppression) triệt tiếng vọng (echo cancellation). Ngoài ra còn cung cấp các giao diện vật cho các kết nối của các mạng (như E1/T1 với mạng chuyển mạch kênh, ethernet/frame relay với mạng IP). - Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại (MGWC-Media Gateway Controller): Vai trò như là phần tử kết nối giữa Gateway báo hiệu và gatekeeper. Nó nhận thông tin báo hiệu từ mạng chuyển mạch kênh thông qua gateway báo hiệu, từ mạng IP thông qua gatekeeper thực hiện việc điều khiển gateway truyền tải kênh thoại. + Gatekeeper: Có thể xem gatekeeper như là bộ não của hệ thống mạng điện thoại IP. Nó cung cấp chức năng quản lý cuộc gọi một cách tập trung và một số các dịch vụ quan trọng khác như là: nhận dạng các đầu cuối và gateway, quản lý băng thông, chuyển đổi địa chỉ (từ địa chỉ IP sang địa chỉ E.164 và ngược lại), đăng ký hay tính cước...Mỗi gatekeeper sẽ quản lý một vùng bao gồm các đầu cuối đã đăng ký, nhưng cũng có thể nhiều gatekeeper cùng quản lý một vùng trong trường hợp một vùng có nhiều gatekeeper. 1.4 Kết luận chƣơng Sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay không chỉ đem lại cho chúng ta những dịch vụ mới đa dạng mà còn là cơ hội cải thiện các dịch vụ viễn thông trước kia với chất lượng tốt hơn và giá thành rẻ hơn. Trên cơ sở đó, mạng VoIP ra đời và ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu đặt ra như chất lượng dịch vụ, giá thành, số lượng tích hợp các dịch vụ thoại lẫn phi thoại.Chương 1 ta đã tìm hiểu khái niệm kiến trúc mạng VoIP, những ưu, nhược điểm của mạng VoIP, những yêu cầu về chất lượng của VoIP để đảm bảo chất lượng cuộc gọi. Chương 2 ta sẽ tìm hiểu về các giao thức truyền tải và báo hiệu trao đổi giữa các thiết bị đầu cuối trong kết nối VoIP. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 15 CHƢƠNG 2 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU TRONG MẠNG VoIP 2.1 Giới thiệu chƣơng Công nghệ VoIP là công nghệ truyền tín hiệu thoại trên nền IP, chính vì thế mà hệ thống VoIP phải được hỗ trợ các giao thức được sử dụng trên mạng Internet và phải có kiến trúc thích ứng với kiến trúc mạng IP. Chương 2 trình bày các khái niệm, chức năng của giao thức báo hiệu trong mạng VoIP. 2.2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 2.2.1 H.323 Giao thức H.323 là chuẩn do ITU-T phát triển cho phép truyền thông đa phương tiện qua các hệ thống dựa trên mạng chuyển mạch gói, ví dụ như Internet. Tiêu chuẩn H.323 bao gồm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi, truyền và điều khiển đa phương tiện và điều khiển băng thông cho hội nghị điểm - điểm và đa điểm. 2.2.1.1 Tiêu chuẩn H.323 bao gồm các giao thức Tính năng Giao thức Call Signalling H.225 Media Control H.245 Audio Codecs G.711, G.722, G.723, G.728, G.729 Video Codecs H261, H263 Data Sharing T.120 Media Transport RTP/RTCP Hình 2.1 Các giao thức sử dụng trong H.323 Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 16 2.2.1.2 Các thành phần của H.323: Hình 2.2 Các thành phần của H.323  H323 Terminal: Thực hiện các chức năng đầu cuối : thực hiện gọi hoặc nhận cuộc gọi. Gồm có: - System Control Unit. - Media Transmission. - Audio Codec. - Network Interface. - Video Codec. - Data channel – Support Application.  Gateway: Gateway là phần tử không nhất thiết phải có trong một giao tiếp của các phần tử H.323, nó đóng vai trò làm phần tử cầu nối và chỉ tham gia vào một cuộc gọi khi có sự chuyển tiếp từ mạng H.323 (ví dụ như mạng LAN hoặc Internet) sang mạng phi H.323 ( như PSTN). Gateway thực hiện một số chức năng như :  Chuyển đổi giữa các dạng khung truyền dẫn.  Chuyển đổi giữa các thủ tục giao tiếp.  Chuyển đổi giữa các dạng mã hoá khác nhau của các luồng tín hiệu hình ảnh cũng như âm thanh. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 17  Thực hiện việc thiết lập và xoá cuộc gọi ở cả phía mạng LAN cũng như phía mạng chuyển mạch kênh.  Gatekeeper: Gatekeeper là phần tử không nhất thiết phải tồn tại trong một hệ thống H.323, nó thực hiện việc điều khiển các dịch vụ gọi của các đầu cuối H.323. Các chức năng của một Gatekeeper được phân biệt làm hai loại là các chức năng bắt buộc và các chức năng không bắt buộc. Các chức năng của Gatekeeper :  Dịch địa chỉ (Address Translation): Dịch địa chỉ Address Translation: Gatekeeper sẽ thực hiện việc chuyển đổi từ một địa chỉ hình thức (dạng tên gọi) của các thiết bị đầu cuối và Gateway sang địa chỉ truyền dẫn thực trong mạng (địa chỉ IP).  Điều khiển quyền truy nhập (Admission Control):Với mỗi tài nguyên mạng cụ thể, người quản trị mạng đặt ra một ngưỡng chỉ số hội thoại cùng lúc cho phép trên mạng đó. Gatekeeper có nhiệm vụ từ chối kết nối mới mỗi khi đạt tới ngưỡng. Nó điều khiển quyền truy nhập mạng của người dùng theo mức ưu tiên đã gán trước.  Điều khiển giải thông (Bandwidth Control):Giám sát và điều khiển việc sử dụng giải thông mạng. Đồng thời Gatekeeper cũng phải bảo đảm lưu lượng thông tin truyền không được vượt quá tải của mạng do nhà quản trị mạng đặt ra.  Điều khiển vùng (Zone Management): Ở đây chữ vùng đặc trưng cho tập hợp tất cả các phần tử H.323 gồm thiết bị đầu cuối, Gateway, MCU có đăng kí hoạt động với Gatekeeper.  Điều khiển báo hiệu cuộc gọi (Call Control Signaling): Tùy chọn. Gatekeeper cung cấp địa chỉ đích cho người gọi theo hai chế độ trực tiếp và chọn đường. Tại chế độ trực tiếp, sau khi cung cấp địa chỉ đích thì Gatekeeper ngừng tham gia hoạt động bắt tay giữa các bên. Tại chế độ chọn đường, địa chỉ đích là địa chỉ của Gatekeeper nên nó đóng vai trò trung gian chuyển tiếp mọi thông tin trao đổi trong quá trình bắt tay giữa các bên. Gatekeeper xử lý các thông tin báo hiệu Q.931 trao đổi giữa các bên.  Quản lý giải thông (Bandwidth Management): Tùy chọn. Gatekeeper để giới hạn số cuộc gọi cùng lúc trong miền của nó trong phiên Q.931. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 18  Dịch vụ quản lý cuộc gọi (Call Management Service): Tùy chọn. Gatekeeper lưu trữ một danh sách các cuộc gọi hiện thời để cung cấp thông tin cho việc quản lý giải thông và để xác định Terminal nào đang bận.  Dịch vụ xác nhận cuộc gọi (Call Authorization Service): Tùy chọn. Gatekeeper loại bỏ cuộc gọi khi quá trình xác nhận là sai ngay cả khi chưa tới ngưỡng. Ngoài ra Gatekeeper còn thường xuyên được cập nhật thêm các dịch vụ phụ như FORWARD, TRANSFER,...  MCU (Multipoint Control Unit) Cung cấp chức năng hội thoại với số bên tham gia nhiều hơn hai. Nó phối hợp các phương thức giao tiếp của các bên tham gia và cung cấp các đặc trưng trộn âm thanh và hình ảnh (nếu cần) cho các Terminal. MCU bao gồm hai thành phần :  Bộ điều khiển đa điểm (Multipoint Controller- MC) : thiết lập và quản lý hội thoại nhiều bên qua H.245. MC có thể được đặt trong Gatekeeper, Gateway, Terminal, MCU.  Bộ xử lý đa điểm ( Multipoint Processor- MP): đóng vai trò trộn tín hiệu, phân kênh và lưu chuyển dòng bit quá trình giao tiếp giữa các bên tham gia hội thoại. Đối với MCU tập trung thì có đầy đủ MC và MP. Đối với MCU phân quyền thì chỉ còn chức năng của MC. Sự khác biệt là ở chỗ trong hội thoại phân quyền các bên trao đổi trực tiếp với nhau mà không cần phải thông qua MCU. Ngoài ra, người ta có thể kết hợp giữa hai loại này, tạo thành MCU lai ghép. 2.2.1.3 Tập giao thức H.323 Hình 2.3 Tập giao thức H.323 Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 19 2.2.1.3.1 Báo hiệu RAS Cung cấp các thủ tục điều khiển tiền cuộc gọi trong mạng H.323 có GK. Kênh báo hiệu RAS được thiết lập giữa các đầu cuối và các GK trước các kênh khác. Nó độc lập với kênh báo hiệu cuộc gọi và kênh điều khiển H.245. Các bản tin RAS được truyền qua mạng thông qua kết nối UDP, thực hiện việc đăng ký, cho phép, thay đổi băng thông, trạng thái vμ các thủ tục huỷ bỏ cuộc gọi. Báo hiệu RAS gồm những quá trình sau: - Tìm GateKeeper. - Đăng ký : Đăng ký là một quá trình cho phép GW, các đầu cuối và MCU tham gia vào một vùng và báo cho GK biết địa chỉ truyền vận và địa chỉ bí danh của nó. - Định vị đầu cuối - Cho phép, thay đổi băng thông, trạng thái vμ huỷ quan hệ 2.2.1.3.2 Báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225 Trong mạng H.323, thủ tục báo hiệu cuộc gọi được dựa trên khuyến nghị H.225 của ITU. Khuyến nghị này chỉ rõ cách sử dụng và trợ giúp của các bản tin báo hiệu Q.931. Sau khi khởi tạo thiết lập cuộc gọi. Các bản tin điều khiển cuộc gọi và các bản tin giữ cho kênh báo hiệu cuộc gọi tồn tại (keepalive) được chuyển tới các cổng. Các bản tin Q.931 thường được sử dụng trong mạng H.323: • Setup: Được gửi từ thực thể chủ gọi để thiết lập kết nối tới thực thể H.323 bị gọi • Call Proceeding: chỉ thị rằng thủ tục thiết lập cuộc gọi đã được khởi tạo. • Alerting: chỉ thị rằng chuông bên đích bắt đầu rung. • Connect: thông báo rằng bên bị gọi đã trả lời cuộc gọi. • Release Complete: chỉ thị rằng cuộc gọi đang bị giải phóng. • Facility: Đây là một bản tin Q.932 dùng để yêu cầu hoặc phúc đáp các dịch vụ bổ sung. Nó cũng được dùng để cảnh báo rằng một cuộc gọi sẽ được định tuyến trực tiếp hay thông qua GK. 2.2.1.4 Các thủ tục báo hiệu 2.2.1.4.1 Báo hiệu và xử lý cuộc gọi Các bước báo hiệu khi thực hiện cuộc gọi qua Internet được trình bày trong khuyến cáo H.323 của UTU-T. Có 3 kênh báo hiệu tồn tại độc lập nhau liên quan đến báo hiệu và xử lý cuộc gọi: kênh điều khiển H.245, kênh báo hiệu cuộc gọi và kênh báo hiệu RAS. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 20 Trong mạng không có Gatekeeper, các bản tin báo hiệu cuộc gọi được truyền trực tiếp giữa thuê bao chủ gọi và bị gọi bằng cách truyền báo hiệu địa chỉ trực tiếp, vì vậy có thể giao tiếp một cách trực tiếp. Nếu trong mạng có Gatekeeper, trao đổi báo hiệu thuê bao chủ gọi và Gatekeeper được thiết lập bằng cách sử dụng kênh RAS của Gatekeeper để truyền địa chỉ, sau khi trao đổi bản tin trực tiếp giữa hai đầu cuối hay định tuyến chúng qua Gatekeeper. 2.2.1.4.2 Thiết lập cuộc gọi H.323 Một cuộc gọi trải qua các bước như sau: - Thiết lập cuộc gọi. - Khởi tạo truyền thông và trao đổi khả năng. - Thiết lập kênh truyền thông nghe nhìn. - Dịch vụ cuộc gọi. - Kết thúc cuộc gọi. Giai đoạn 1 - Thiết lập cuộc gọi Trong giai đoạn này các phần tử trao đổi với nhau các bản tin được định nghĩa trong khuyến cáo H.225.0 theo một trong các thủ tục được trình bày sau đây. - Cả hai thiết bị đầu cuối đều không đăng ký với Gatekeeper: Hai thiết bị đầu cuối trao đổi trực tiếp với nhau. - Cả hai thuê bao đều đăng ký tới một Gatekeeper: Có 2 tình huống xảy ra là Gatekeeper chọn phương thức truyền báo hiệu trực tiếp giữa 2 thuê bao hoặc báo hiệu cuộc gọi được định tuyến qua Gatekeeper. - Chỉ có một trong 2 thuê bao có đăng ký với Gatekeeper: Báo hiệu cuộc gọi được truyền trực tiếp giữa hai thuê bao. Khi cuộc gọi đó có sự chuyển tiếp từ mạng PSTN sang mạng LAN hoặc ngược lại thì phải thông qua Gateway. Về cơ bản có thể phân biệt cuộc gọi qua Gateway thành 2 loại: cuộc gọi từ một thuê bao điện thoại vào mạng LAN và cuộc gọi từ một thuê bao trong mạng LAN ra một thuê bao trong mạng thoại PSTN. Giai đoạn 2 - Thiết lập kênh điều khiển Trong giai đoạn 1, sau khi trao đổi tín hiệu thiết lập cuộc gọi, các đầu cuối sẽ thiết lập kênh điều khiển H.245. Kênh điều khiển này có thể do thuê bao bị gọi hoặc thuê bao gọi Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 21 thiết lập. Trong trường hợp không nhận được tín hiệu kết nối hoặc một đầu cuối gửi tín hiệu kết thúc thì kênh điều khiển H.245 sẽ bị đóng. Giai đoạn 3 - Thiết lập kênh truyền thông ảo Sau khi trao đổi khả năng (tốc độ nhận tối đa, phương thức mã hóa) và xác định master-slaver trong giao tiếp trong giai đoạn 2, thủ tục điều khiển kênh H.245 sẽ thực hiện việc mở kênh logic (H.225) để truyền thông tin. Sau khi mở kênh logic thì mỗi đầu cuối truyền tín hiệu để xác định thông số truyền. Giai đoạn 4 - Dịch vụ - Độ rộng băng tần: Độ rộng băng tầng của một cuộc gọi được Gatekeeper thiết lập trong thời gian thiết lập trao đổi. Một đầu cuối phải chắc chắn rằng tổng tất cả luồng truyền/nhận âm thanh và hình ảnh đều phải nằm trong độ rộng băng tần đã thiết lập. - Trạng thái: Để giám sát trạng thái hoạt động của đầu cuối, Gatekeeper liên tục trao đổi tín hiệu với các đầu cuối do nó kiểm soát. Khoảng thời gian đều đặn giữa các lần trao đổi lớn hơn 10 giây và giá trị này do nhà sản xuất quyết định. Trong khoảng thời gian diễn ra cuộc gọi, một đầu cuối hoặc Gatekeeper có thể đều đặn hỏi trạng thái từ đầu cuối bên kia bằng cách gửi tín hiệu yêu cầu. Đầu cuối nhận được tín hiệu sẽ đáp trả trạng thái hiện thời. Giai đoạn 5 - Kết thúc cuộc gọi Một thiết bị đầu cuối có thể kết thúc cuộc gọi theo các bước của thủ tục sau:  Dừng truyền luồng tín hiệu video khi kết thúc truyền một ảnh, sau đó đóng tất cả các kênh logic phục vụ truyền video.  Dừng truyền dữ liệu và đóng tất cả các kênh logic dùng để truyền dữ liệu.  Dừng truyền audio sau đó đóng tất cả các kênh logic dùng để truyền audio.  Truyền tín hiệu trên kênh điều khiển H.245 để báo cho thuê bao đầu kia biết nó muốn kết thúc cuộc gọi. Sau đó nó dừng truyền các bản tin H.245 và đóng kênh điều khiển H.245.  Nó sẽ chờ nhận tín hiệu kết thúc từ thuê bao đầu kia và sẽ đóng kênh điều khiển H.245.  Nếu kênh báo hiệu cuộc gọi đang mở, thì nó sẽ truyền đi tín hiệu ngắt sau đó đóng kênh báo hiệu. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 22  Nó cũng có thể kết thúc cuộc gọi theo các thủ tục sau: Một đầu cuối nhận tín hiệu kết thúc mà trước đó nó không truyền đi tín hiệu yêu cầu, nó sẽ lần lượt thực hiện các bước từ 1 đến 6 ở trên chỉ bỏ qua bước 5. Trong một cuộc gọi không có sự tham gia của Gatekeeper thì chỉ cần thực hiện các bước từ 1 đến 6. Nhưng trong cuộc gọi có sự tham gia của Gatekeeper thì cần có hoạt động giải phóng băng tần. Vì vậy sau khi thực hiện các bước từ 1 đến 6, mỗi đầu cuối sẽ truyền tín hiệu tới Gatekeeper. Sau đó Gatekeeper sẽ có tín hiệu đáp trả. Sau đó đầu cuối sẽ không gửi tín hiệu tới Gatekeeper nữa và khi đó cuộc gọi kết thúc. Hình vẽ dƣới đây mô tả quá trình thực hiện kết nối giữa 2 điểm đầu cuối H323: Hình 2.4 Quá trình thiết lập cuộc gọi H.323  Trước hết cả hai phải được đăng ký tại thiết bị điều khiển cổng kết nối  Đầu cuối A gửi yêu cầu tới thiết bị điều khiển cổng kết nối đề nghị thiết lập cuộc gọi.  Thiết bị điều khiển cổng nối gửi cho đầu A thông tin cần thiết về đầu cuối B Đầu cuối A gửi bản tin SETUP tới đầu cuối B.  Đầu cuối B trả lời bằng bản tin Call Proceeding và đồng thời liên lạc với thiết bị điều khiển cổng nối để xác nhận quyền thiết lập cuộc gọi.  Đầu cuối B gửi bản tin cảnh báo và kết nối.  Hai đầu cuối trao đổi một số bản tin H.245 để xác định chủ tớ, khả năng xử lý của đầu cuối và thiết lập kết nối RTP. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 23 Đây là trường hợp cuộc gọi điểm điểm đơn giản nhất, khi mà báo hiệu cuộc gọi không được định tuyến tới thiết bị điều khiển cổng nối. H.323 hỗ trợ nhiều kịch bản thiết lập cuộc gọi khác H.323 là hệ thống ghép lai được xây dựng từ các thiết bị tập trung thông minh như : thiết bị điều khiển cổng nối, MCU, cổng kết nối và điểm cuối. Mặc dù chuẩn H.323 trong phiên bản gần đây nhất có phần toàn diện hơn song vấn đề vẫn nảy sinh, như thời gian thiết lập cuộc gọi dài, quá nhiều chức năng thiết bị điều khiển cổng nối phải thực hiện và khả nằng mở rộng khi sử dụng kiểu báo hiệu cuộc gọi định tuyến qua thiết bị điều khiển cổng nối (GKRCS) Khi cần sử dụng cổng kết nối dung lượng lớn để kết nối mạng PSTN, người ta sẽ sử dụng giao thức cổng đơn giản (SGCP : Simple Gateway Control Protocol) và giao thức điều khiển cổng phương tiện (MGCP: Media Gateway Control Protocol) để thay thế giao thức cho cổng kết nối H.323. Các hệ thống điều khiển cuộc gọi này có vẻ hiệu quả hơn, đáp ứng nhu cầu của các nhà cung cấp cỡ lớn. 2.2.2 SIP SIP là giao thức điều khiển báo hiệu thuộc lớp ứng dụng, được phát triển như là một chuẩn mở RFC 2543 của IEFT. Khác với H.323, nó dựa trên nguồn gốc Web (HTTP) và có thiết kế kiểu modul, đơn giản và dễ dàng mở rộng với các ứng dụng thoại SIP. SIP là một giao thức báo hiệu để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phương tiện như : thoại IP, hội nghị và các ứng dụng tương tự khác liên quan đến việc truyền thông tin đa phương tiện. 2.2.2.1 Các thành phần của SIP Hình 2.5 Các thành phần của SIP Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 24  User Agent: Là 1 ứng dụng để khởi tạo, nhận và kết thúc cuộc gọi. User Agent Clients (UAC) – Khởi tạo cuộc gọi. User Agent Server (UAS) – Nhận cuộc gọi. Cả UAC và UAS đều có thể kết thúc cuộc gọi.  Proxy Server: Là 1 chương trình tức thời hoạt động vừa là client vừa là server. Chương trình này được sử dụng để tạo ra các yêu cầu (requests) thay cho các client. Một proxy server đảm bảo chức năng định tuyến và thực hiện các quy tắc (policy) (ví dụ như đảm bảo người dùng có được phép gọi hay không). Proxy Server có thể biên dịch khi cần thiết, sửa đổi 1 phần của bản tin yêu cầu trước khi chuyển đi.  Location Server: Được sử dụng bởi SIP redirect hoặc proxy server để lấy thông tin về địa điểm của người được gọi.  Redirect Server: Là server nhận các yêu cầu SIP, sắp xếp các địa chỉ và trả địa chỉ về phía client. Khác với Proxy Server, Redirect server không tự khởi tạo ra các yêu cầu SIP của riêng nó. Đồng thời nó cũng không chấp nhận hay huỷ cuộc gọi giống như User Agent Server.  Registrar Server: Là server chấp nhận các yêu cầu REGISTER, server này có thể hỗ trợ them tính năng xác thực, đồng thời hoạt động với proxy hoặc redirect server để đưa ra các dịch vụ khác. Trong hình trên, User Agent là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là một máy điện thoại SIP, có thể là máy điện thoại SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP. 2.2.2.2 Các bản tin SIP, mào đầu và đánh số Dƣới đây là các bản tin của SIP :  INVITE : bắt đầu thiết lập cuộc gọi bằng cách gửi bản tin mời đầu cuối khác tham gia  ACK : bản tin này khẳng định máy trạm đã nhận được bản tin trả lời bản tin INVITE  BYE : bắt đầu kết thúc cuộc gọi  CANCEL : hủy yêu cầu nằm trong hàng đợi Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 25  REGISTER : đầu cuối SIP sử dụng bản tin này để đăng ký với máy chủ đăng ký  OPTION : sử dụng để xác định năng lực của máy chủ  INFO : sử dụng để tải các thông tin như âm báo DTMF Giao thức SIP có nhiều điểm trùng hợp với giao thức HTTP. Các bản tin trả lời các bản tin SIP nêu trên gồm có : - 1xx (PROVISIONAL) – các bản tin chung - 2xx (SUCCESS) – thành công - 3xx (REDIRECTION) - chuyển địa chỉ - 4xx (CLIENT ERORR) – yêu cầu không được đáp ứng - 5xx (SERVER ERORR) - sự cố của máy chủ - 6xx (GLOBAL FAILURE)- sự cố toàn mạng Các bản tin SIP có khuôn dạng text, tương tự như HTTP. Mào đầu của bản tin SIP cũng tương tự như HTTP và SIP cũng hỗ trợ MIME (một số chuẩn về email) 2.2.2.3 Các bƣớc thiết lập, duy trì và huỷ cuộc gọi Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP Trước tiên ta tìm hiểu hoạt động của máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi  Hoạt động của máy chủ ủy quyền (Proxy Server) Hình 2.6 Hoạt động của Proxy server Hoạt động của Proxy server được trình bày như trong hình 2.6 Client SIP userA@yahoo.com gửi bản tin INVITE cho userB@hotmail.com để mời tham gia cuộc gọi. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 26 Các bƣớc nhƣ sau: + Bước 1: userA@yahoo.com gửi bản tin INVITE cho UserB ở miền hotmail.com, bản tin này đến proxy server SIP của miền hotmail.com (Bản tin INVITE có thể đi từ Proxy server SIP của miền yahoo.com và được Proxy này chuyển đến Proxy server của miền hotmail.com). + Bước 2: Proxy server của miền hotmail.com sẽ tham khảo server định vị (Location server) để quyết định vị trí hiện tại của UserB. + Bước 3: Server định vị trả lại vị trí hiện tại của UserB (giả sử là UserB@hotmail.com). + Bước 4: Proxy server gửi bản tin INVITE tới userB@hotmail.com. Proxy server thêm địa chỉ của nó trong một trường của bản tin INVITE. + Bước 5: UAS của UserB đáp ứng cho server Proxy với bản tin 200 OK. + Bước 6: Proxy server gửi đáp ứng 200 OK trở về userA@yahoo.com. + Bước 7: userA@yahoo.com gửi bản tin ACK cho UserB thông qua proxy server. + Bước 8: Proxy server chuyển bản tin ACK cho userB@hostmail.com + Bước 9: Sau khi cả hai bên đồng ý tham dự cuộc gọi, một kênh RTP/RTCP được giữa hai điểm cuối để truyền tín hiệu thoại. + Bước 10: Sau khi quá trình truyền dẫn hoàn tất, phiên làm việc bị xóa bằng cách sử dụng bản tin BYE và ACK giữa hai điểm cuối.  Hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server) Hình 2.7 Hoạt động của Redirect Server Hoạt động của Redirect Server được trình bày như hình 2.7. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 27 Các bƣớc nhƣ sau: + Bước 1: Redirect server nhân được yêu cầu INVITE từ người gọi (Yêu cầu này có thể đi từ một proxy server khác). + Bước 2: Redirect server truy vấn server định vị địa chỉ của B. + Bước 3: Server định vị trả lại địa chỉ của B cho Redirect server. + Bước 4: Redirect server trả lại địa chỉ của B đến người gọi A. Nó không phát yêu cầu INVITE như proxy server. + Bước 5: User Agent bên A gửi lại bản tin ACK đến Redirect server để xác nhận sự trao đổi thành công. + Bước 6: Người gọi A gửi yêu cầu INVITE trực tiếp đến địa chỉ được trả lại bởi Redirect server (đến B). Người bị gọi B đáp ứng với chỉ thị thành công (200 OK), và người gọi đáp trả bản tin ACK xác nhận. Cuộc gọi được thiết lập. Ngoài ra SIP còn có các mô hình hoạt động liên mạng với SS7 (đến PSTN) hoặc là liên mạng với chồng giao thức H.323. Tổng quát lại trong mạng SIP quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối: Hình 2.8 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 28  Đăng ký, khởi tạo và xác định vị trí người sử dụng.  Xác định băng thong cần thiết được sử dụng.  Xác định sự sẵn sàng của phía được gọi, phía được gọi phải gửi 1 bản tin phản hồi thể hiện sự sẵn sàng để thực hiện cuộc gọi: chấp nhận hay từ chối.  Cuộc gọi được thiết lập.  Chỉnh sửa cuộc gọi (ví dụ như chuyển cuộc gọi) và duy trì.  Kết thúc cuộc gọi. 2.2.2.4 Tính năng của SIP Giao thức SIP được thiết kế với những chỉ tiêu sau:  Tích hợp với các giao thức đã có của IETF  Đơn giản và có khả năng mở rộng  Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối  Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ 2.2.2.4.1 Tích hợp với các giao thức đã có của IETF Các giao thức khác của IETF có thể xây dựng để xây dựng những ứng dụng SIP. SIP có thể hoạt động cùng với nhìu giao thức như : - RSVP(Resource Reservation Protocol): Giao thức giành trước tài nguyên mạng. - RTP (Real-time transport Protocol): Giao thức truyền tải thời gian thực - RTSP (Real Time Streaming Protocol): Giao thức tạo luồng thời gian thực - SAP(Session Advertisement Protocol):Giao thức thông báo trong phiên kết nối - SDP (Session Description Protocol): Giao thức mô tả phiên kết nối đa phương tiện - MIME (Multipurpose Internet Mail Extension - Mở rộng thư tín Internet đa mục đích) : Giao thức thư điện tử - HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Giao thức truyền siêu văn bản - COPS (Common Open Policy Service): Dịch vụ chính sách mở chung - OSP (Open Settlement Protocol): Giao thức thỏa thuận mở 2.2.2.4.2 Đơn giản và có khả năng mở rộng SIP có rất ít bản tin, không có các chức năng thừa nhưng SIP có thể sử dụng để thiết lập những phiên kết nối phức tạp như hội nghị… Đơn giản, gọn nhẹ, dựa trên khuôn dạng Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 29 văn bản, SIP là giao thức ra đời sau và đã khắc phục được điểm yếu của nhiều giao thức trước đây. Các phần mềm của máy chủ ủy quyền, máy chủ đăng kí, máy chủ chuyển đổi địa chỉ, máy chủ định vị… có thể chạy trên các máy chủ khác nhau và việc cài đặt thêm máy chủ hoàn toàn không ảnh hưởng đến các máy chủ đã có. Chính vì thế hệ thống chuyển mạch SIP có thể dễ dàng nâng cấp. 2.2.2.4.3 Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối Do có máy chủ ủy quyền, máy chủ đăng ký và máy chủ chuyển đổi địa chỉ hệ thống luôn nắm được địa điểm chính xác của thuê bao. Thí dụ thuê bao với địa chỉ ptit@vnpt.com.vn có thể nhận được cuộc gọi thoại hay thông điệp ở bất cứ địa điểm nào qua bất cứ đầu cuối nào như máy tính để bàn, máy xách tay, điện thoại SIP… Với SIP rất nhiều dịch vụ di động mới được hỗ trợ. 2.2.2.4.4 Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và dịch vụ mới. Là giao thức khởi tạo phiên trong mạng chuyển mạch gói SIP cho phép tạo ra những tính năng mới hay dịch vụ mới một cách nhanh chóng. Ngôn ngữ xử lý cuộc gọi (Call Processing Language) và Giao diện cổng kết nối chung (Common Gateway Interface) là một số công cụ để thực hiện điều này. SIP hỗ trợ các dịch vụ thoại như chờ cuộc gọi, chuyển tiếp cuộc gọi, khóa cuộc gọi… (call waiting, call forwarding, call blocking…), hỗ trợ thông điệp thống nhất… 2.2.2.5 So sánh giữa giao thức SIP và H.323 Giữa H.323 và SIP có nhiều điểm tương đồng. Cả hai đều cho phép điều khiển, thiết lập và huỷ cuộc gọi. Cả H.323 và SIP đều hỗ trợ tất cả các dịch vụ cần thiết, tuy nhiên có một số điểm khác biệt giữa hai chuẩn này.  H.323 hỗ trợ hội nghị đa phương tiện rất phức tạp. Hội nghị H.323 về nguyên tắc có thể cho phép các thành viên sử dụng những dịch vụ như bảng thông báo, trao đổi dữ liệu, hoặc hội nghị video.  SIP hỗ trợ SIP-CGI (SIP-Common Gateway Interface) và CPL (Call Processing Language).  SIP hỗ trợ điều khiển cuộc gọi từ một đầu cuối thứ 3. Hiện nay H.323 đang được nâng cấp để hỗ trợ chức năng này. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 30 SIP H.323 Nguồn gốc IETF ITU-T Quan hệ mạng Ngang cấp Ngang cấp Khởi điểm Kế thừa cấu trúc HTTP. Kế thừa Q.931, Q.SIG Đầu cuối SIP H.323 Server Proxy Server Redirect Server Location Server Registrar Servers. H.323 Gatekeeper Khuôn dạng Text, UTF-8 Nhị phân Trễ thiết lập cuộc gọi 1.5 RTT 6-7 RTT hoặc hơn Giám sát trạng thái cuộc gọi Có 2 lựa chọn: - trong thời gian thiết lập cuộc gọi - suốt thời gian cuộc gọi Phiên bản 1 và 2: máy chủ phải giám sát trong suốt thời gian cuộc gọi và phải giữ trạng thái kết nối TCP. Điều này hạn chế khả năng mở rộng và giảm độ tin cậy Báo hiệu quảng bá Có hỗ trợ Không Chất lượng dịch vụ Sử dụng các giao thức khác như RSVP, OPS, OSP để đảm bảo chất lượng dịch vụ Gatekeeper điều khiển băng thông. H.323 khuyến nghị dùng RSVP để lưu dữ tài nguyên mạng. Bảo mật Đăng ký tại Registrar server, có xác nhận đầu cuối và mã hoá Chỉ đăng ký khi trong mạng có Gatekeeper, xác nhận và mã hoá theo chuẩn H.235. Định vị đầu cuối và định tuyến cuộc gọi Dùng SIP URL để đánh địa chỉ. Định tuyến nhờ sử dụng Redirect và Location server Định vị đầu cuối sử dụng E.164 hoặc tên ảo H.323 và phương pháp ánh xạ địa chỉ nếu trong mạng có Gatekeeper. Chức năng định tuyến do Gatekeeper đảm nhiệm. Tính năng thoại Hỗ trợ các tính năng của cuộc gọi cơ bản Được thiết kế nhằm hỗ trợ rất nhiều tính năng hội nghị, kể cả thoại, hình ảnh và dữ liệu, quản lý tập trung nên có thể gây tắc nghẽn ở Gatekeeper Khả năng mở rộng Dễ dàng Hạn chế Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 31 2.2.3 Giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol) Giao thức này cho phép các thành phần điều khiển cuộc gọi có thể điều khiển kết nối giữa trung kế, các thiết bị đầu cuối với các gateway. Các thành phần điều khiển được gọi là Call Agent. SGCP được sử dụng để thiết lập, duy trì và giải phóng các cuộc gọi qua mạng IP. Call Agent thực hiện các chức năng báo hiệu cuộc gọi và gateway thực hiện chức năng truyền tín hiệu âm thanh. SGCP cung cấp năm lệnh điều khiển chính như sau:  Notification Request: yêu cầu gateway phát các tín hiệu nhấc đặt máy và các tín hiệu quay số DTMF.  Notify: gateway sử dụng lệnh này để thông báo với Call Agent về các tín hiệu được phát hiện ở trên.  Create Connection: Call Agent yêu cầu khởi tạo kết nối giữa các đầu liên lạc trong gateway.  Modify Connection: Call Agent dùng lệnh này để thay đổi các thông số về kết nối đã thiết lập. Lệnh này cũng có thể dùng để điều khiển luồng cho các gói tin RTP đi từ gateway này sang gateway khác.  Delete Connection: Call Agent sử dụng lệnh này để giải phóng các kết nối đã thiết lập. Năm lệnh trên đây điều khiển gateway và thông báo cho call agent về các sự kiện xảy ra. Mỗi lệnh hay yêu cầu bao gồm các thông số cụ thể cần thiết để thực thi các phiên làm việc. 2.2.4 Giao thức MGCP (Media Gateway Control Protocol) Giao thức MGCP cho phép điều khiển các gateway thông qua các thành phần điều khiển nằm bên ngoài mạng. MGCP sử dụng mô hình kết nối tương tự như SGCP dựa trên các kết nối cơ bản giữa thiết bị đầu cuối và gateway. Các kết nối có thể là kết nối điểm- điểm hoặc kết nối đa điểm. Ngoài chức năng điều khiển như SGCP, MGCP còn cung cấp thêm các chức năng sau:  Endpoint Configuration: Call Agent dùng lệnh này để yêu cầu gateway xác định kiểu mã hoá ở phí đường dây kết nối đến thiết bị đầu cuối.  AuditEndpoint và AuditConnection: Call Agent dùng lệnh này để kiểm tra trạng thái và sự kết nối ở một thiết bị đầu cuối. Chương 2 Các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP 32  RestartIn-Progress: Gateway dùng lệnh này để thông báo với Call Agent khi nào các thiết bị đầu cuối ngừng sử dụng dịch vụ và khi nào quay lại sử dụng dịch vụ. 2.2.5 Kết luận chƣơng Qua chương 2 ta đã tìm hiểu về các giao thức báo hiệu trong mạng VoIP. Về mặt các giao thức báo hiệu ta thấy 2 giao thức báo hiệu chính là H.323 và SIP, tùy vào yêu cầu cụ thể của mạng mà ta lựa chọn giao thức báo hiệu cho thích hợp. Chương 3 tiếp theo sẽ giới thiệu tổng quát về tổng đài Asterisk với các giao thức VoIP được Asterisk hỗ trợ. Chương 3 Tổng đài ASTERISK 33 CHƢƠNG 3 TỔNG ĐÀI ASTERISK 3.1 Giới thiệu chƣơng Asterisk là hệ thống chuyển mạch mềm, là phần mềm nguồn mở được viết bằng ngôn ngữ C chạy trên hệ điều hành linux thực hiện tất cả các tính năng của tổng đài PBX và hơn thế nữa.Chương 3 trình trình bày về khái niệm về tổng đài IP-PBX, so sánh IP-PBX với PBX truyền thống, giới thiệu về tổng đài Asterisk, trình bày kiến trúc , tính năng và ngữ cảnh ứng dụng của tổng đài Asterisk, giới thiệu các giao thức của VoIP của tổng đài. 3.2 Tổng đài IP-PBX  Khái quát về tổng đài IP-PBX Ứng dụng phổ biến nhất và sớm nhất của VoIP, nền tảng để tạo ra IP-PBX, là việc thiết lập gateway VoIP bên phía trung kế của PBX. Gateway này đóng gói luồng thoại và định tuyến nó qua mạng VoIP. Giải pháp này tận dụng các đặc tính hiện có của tổng đài PBX, như thoại hội nghị, chuyển tiếp cuộc gọi, … Cuối cùng, các nhà phát triển phần mềm phát triển lên PBX “mềm”, hay IP-PBX. IP- PBX cung cấp khả năng chuyển mạch, thực hiện các dịch vụ gia tăng qua mạng dữ liệu. Các cuộc gọi trong một tổng đài và các cuộc gọi giữa các tổng đài được định tuyến qua mạng IP, đi vòng qua toàn bộ mạng PSTN. IP-PBX có thể giao tiếp với mạng PSTN thông qua Gateway. Hình 3.1 Mô hình IP-PBX hay PBX “mềm” Chương 3 Tổng đài ASTERISK 34  Các ƣu điểm so với tổng đài PBX truyền thống: Các ưu điểm của IP-PBX xuất phát từ những ưu điểm của mạng chuyển mạch gói IP so với mạng chuyển mạch kênh, như: - Quản lý và bảo dưỡng dễ dàng hơn - Khả năng kết nối từ xa, khả năng di động - Kết hợp thoại/dữ liệu tạo ra ứng dụng mới - Dễ dàng phát triển các dịch vụ mới do cấu trúc mở và các giao diện chuẩn - Dễ sử dụng do được hỗ trợ nhiều bởi phần mềm và giao diện đồ hoạ GUI - Thông tin hợp nhất ...  So sánh giữa IP-PBX và PBX truyền thống: Bảng 3.1 So sánh giữa PBX truyền thống và IP-PBX PBX truyền thống IP-PBX PBX không thực hiện được một số chức năng của IP-PBX: Web, Instant message, E-mail… IP-PBX có đầy đủ các chức năng của một PBX truyền thống (CTI, VoiceMail, ACA và kết nối ISDN ra PSTN). PBX đòi hỏi phải có một hệ thống mạng điện thoại nội bộ. Cho phép thực hiện liên lạc nội bộ qua mạng LAN ngay cả khi chưa có hệ thống PBX. PBX truyền tín hiệu thoại trên hệ thống đường điện thoại nội bộ. Nếu muốn truyền dữ liệu, bắt buộc phải có thêm hệ thống mạng LAN. IP-PBX truyền dữ liệu và thoại trên cùng một đường dây. Hỗ trợ duy nhất một loại đầu cuối là điện thoại tương tự. IP-PBX có khả năng hỗ trợ nhiều đầu cuối thoại khác nhau: điện thoại tương tự, điện thoại IP, máy tính cá nhân... Khả năng phát triển các loại hình dịch vụ giá trị gia tăng kém. Có thêm nhiều dịch vụ giá trị gia tăng khác; telephone, e-mail, fax, web call back, web chat, instant messaging… Mỗi đường dây thoại chỉ có thể Tín hiệu trước khi chuyển đến đường Chương 3 Tổng đài ASTERISK 35 thực hiện được một cuộc gọi tại một thời điểm, do đó không tiết kiệm băng thông. truyền đã được thông qua các bộ nén và giải nén, băng thông cho mỗi cuộc gọi có thể được nén xuống còn 5,3 Kbits/s (chuẩn nén thoạiG.723.1), thay vì 64 Kbits/s của thoại thường. Do tính chất tiết kiệm băng thông như vậy nên với một đường dây thoại (CO line) có thể thực hiện được nhiều cuộc gọi hơn. Khó mở rộng, nâng cấp và bảo dưỡng Dễ dàng mở rộng, nâng cấp và bảo dưỡng.  Khả năng áp dụng trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ Có thể đơn giản hoá quá trình triển khai tổng đài IP-PBX cho một doanh nghiệp như sau: Xây dựng mạng LAN Thiết lập hệ thống máy chủ và cài đặt phần mềm điều khiển IP-PBX Thiết lập các Gateway ra mạng PSTN hoặc Internet Thiết lập các đầu cuối VoIP Bước thứ nhất là phức tạp nhất và đòi hỏi đầu tư lớn nhất nhưng thực ra lại đơn giản nhất vì đa số các doanh nghiệp đã có sẵn mạng LAN. Bước thứ 2 quan trong nhất, nhưng thực ra cũng chỉ đơn giản là cài đặt phần mềm lên một máy chủ. Máy chủ này có thể là giành riêng cho IP-PBX hoặc cũng có thể được chia xẻ với các ứng dụng khác của doanh nghiệp. Bước thứ 3 đòi hỏi phải mua thiết bị chuyên dụng để kết nối với mạng PSTN. Gateway kết nối IP/PSTN thường là card PCI cắm trong máy chủ cộng với phần mềm điều khiển chuyên dụng. Các đầu cuối VoIP trong bước 4 có thể là phần mềm chạy ngay trên máy PC (như Windows Messenger) hay là một thiết bị chạy độc lập (như IPPhone của Cisco). Chương 3 Tổng đài ASTERISK 36 3.2.1 Một số mô hình cuộc gọi sử dụng tổng đài IP-PBX  Cuộc gọi nội bộ Cuộc gọi giữa hai đầu cuối SIP do IP-PBX quản lí Hình 3.2 Mô hình cuộc gọi nội bộ  Cuộc gọi từ máy thuộc IP-PBX ra mạng PSTN Đầu tiên đầu cuối SIP sẽ bấm số để chiếm trung kế ra PSTN, rồi bấm số thuê bao của PSTN Hình 3.3 Mô hình cuộc gọi từ máy IP ra mạng PSTN  Cuộc gọi từ PSTN vào máy IP- PBX Thuê bao PSTN gọi vào một trung kế của IP-PBX , rồi bấm số máy lẻ tương ứng với đầu cuối SIP Chương 3 Tổng đài ASTERISK 37 Hình 3.4 Mô hình cuộc gọi từ PSTN vào máy IP-PBX  Cuộc gọi từ ngoài mạng Internet sử dụng dịch vụ SIP công cộng Hình 3.5 Mô hình cuộc gọi sử dụng dịch vụ SIP công cộng 3.3 Tổng đài Asterisk Asterisk là phần mềm nguồn mở, được viết bằng ngôn ngữ C, ra đời năm 1999 bởi Mark Spencer, đầu tiên được thiết kế và triển khai trên GNU/Linux nền x86 (của Intel). Nhưng hiện nay Asterisk có thể chạy trên các hệ điều hành khác như: Mac OS X, FreeBSD, OpenBSD và Microsoft Windowns. Asterisk được xem như là một tổng đài PBX (Private Branch eXchange) và được thêm nhiều tính năng mới. Ngoài những tính năng của một tổng đài PBX thông thường, Asterisk còn được tích hợp cả chuyển mạch TDM và chuyển mạch VoIP, có khả năng mở Chương 3 Tổng đài ASTERISK 38 rộng đáp ứng nhu cầu cho từng ứng dung như mở rộng giao tiếp với mạng PSTN (Public Switched Telephone Network). Với một máy tính rẻ tiền đã cài hệ điều hành (một trong các hệ điều hành nói trên, ở đây ta thiên về hệ điều hành Microsoft Windowns) và có thêm phần mềm Asterisk đã cấu hình, khi đó máy tính này sẽ có đầy đủ tính năng của một tổng đài điện thoại và có thể hơn thế. Asterisk là một phần mềm nguồn mở, miễn phí, có độ tin cậy cao nên được xem là phần mềm mang tính cách mạng. Bởi những tiện ích: hệ thống và giá cước rẻ, dễ sử dụng, đầy đủ các tính năng của một tổng đài và con hơn thế nên đã có nhiều hệ thống Asterisk được cài đặt thành công trên thế giới. Hiện nay hệ thống Asterisk đang được phát triển mạnh, nhiều doanh nghiệp, công ty đã và đang triển khai hệ thống tạo liên lạc bên trong và ra cả mạng ngoài thông qua mạng máy tính, gọi điện thoại. Hình 3.6 Sơ đồ giao tiếp tổng quát. Từ hình 3.6 ta thấy Asterisk không chỉ giao tiếp, kết nối giữa các điện thoại với nhau mà còn có thể mở rộng kết nối đến các tổng đài khác, với IP Phone và nhiều dịch vụ như: Softswitch, Media Gateway, Voicemail Services, Conference Server, Music on hold… Chương 3 Tổng đài ASTERISK 39 3.3.1 Kiến trúc hệ thống Asterisk Hình 3.7 Sơ đồ khối của Asterisk Về cơ bản kiến trúc của Asterisk là sự kết hợp giữa nền tảng công nghệ điện thoại và ứng dụng điện thoại cho VOIP như SIP, H323, IAX, MGCP... các công nghệ điện thoại cho hệ thống chuyển mạch mạch TDM như T1, E1, ISDN và các giao tiếp đường truyền thoại Analog. - Khi khởi động hệ thống Asterisk thì chức năng Dynamic Module Loader thực hiện nạp driver của thiết bị, nạp các kênh giao tiếp, các format, codec và các ứng dụng liên quan, đồng thời các hàm API cũng được liên kết nạp vào hệ thống. - Sau đó hệ thống PBX Switching Core của Asterisk chuyển sang trạng thái sẵn sàng hoạt động chuyển mạch cuộc gọi, các cuộc gọi được chuyển mạch tuỳ vào kế hoạch quay số (Dialplan) được thực hiện cấu hình trong file extension.conf. - Application Launchar để rung chuông thuê bao, quay số, định hướng cuộc gọi, kết nối với hộp thư thoại… - Scheduler and I/O Manager đảm nhiệm các ứng dụng nâng cao. - Codec Translator xác nhận các kênh nén dữ liệu ứng với các chuẩn khác nhau có thể kết hợp liên lạc được với nhau. Hệ thống cũng bao gồm 4 chức năng API chính:  Codec translator API: các hàm thực thi, giải nén các chuẩn như G711, G729…  Asterisk Channel API : Giao tiếp với các kênh liên lạc khác nhau. Chương 3 Tổng đài ASTERISK 40  Asterisk file format API : xử lý các loại file có định dạng như Mp3, wav, gsm…  Asterisk Aplication API : Bao gồm tất cả các ứng dụng được thực thi trong hệ thống Asterisk như voicemail, callerID… 3.3.2 Một số tính năng cơ bản 3.3.2.1 Voicemail Hộp thư thoại với tính năng cho phép hệ thống nhận các thông điệp tin nhắn thoại, mỗi máy điện thoại được khai báo trong hệ thống Asterisk cho phép khai báo thêm chức năng hộp thư thoại. Khi số điện thoại bị gọi bận hay ngoài vùng phủ sóng thì hệ thống asterisk định hướng trực tiếp cuộc gọi đến hộp thư thoại tương ứng đã khai báo trước. Voicemail cung cấp cho người sử dụng nhiều tính năng như: xác nhận password khi truy cập vào hộp thư thoại, gửi mail báo khi có thông điệp mới. 3.3.2.2 Call Forwarding Call Forwarding: chuyển hướng cuộc gọi. Đây là tính năng thường được sử dụng trong hệ thống Asterisk. Chức năng cho phép chuyển một cuộc gọi đến một hay nhiều số máy điện thoại được định trước. Một số trường hợp cần chuyển cuộc gọi như : Chuyển cuộc gọi khi bận, chuyển cuộc gọi khi không trả lời, chuyển cuộc gọi tức thời, chuyển cuộc gọi với thời gian định trước. 3.3.2.3 Caller ID Caller ID: cuộc gọi có hiển thị số. Với chức năng này thì số điện thoại của người gọi đến máy điện thoại của bạn sẽ được hiển thị, nhằm giúp bạn có thể biết được ai đang gọi tới. Ngoài ra Caller ID cũng cho phép chúng ta xác nhận số thuê bao gọi đến có nghĩa là dựa vào caller ID chúng ta có tiếp nhận hay không tiếp nhận cuộc gọi từ phía hệ thống Asterisk. Ngăn một số cuộc gọi ngoài ý muốn. 3.3.2.4 Interactive Voice Response Interactive Voice Response (IVR) hay Automated Attendant (AA): đều được dùng để chỉ chức năng tương tác thoại (tổng đài trả lời tự động). Chức năng tương tác thoại có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, khi gọi điện thoại đến một cơ quan hay xí nghiệp thuê bao thường được nghe thông điệp như:“Xin chào mừng bạn đã gọi đến công ty chúng XXX hãy nhấn phím 1 để gặp phòng kinh doanh, Chương 3 Tổng đài ASTERISK 41 phím 2 gặp phòng kỹ thuật, phím 3 gặp phòng hỗ trợ khách hàng…” sau đó tuỳ vào sự tương tác của thuê bao gọi đến, hệ thống Asteisk sẽ định hướng cuộc gọi theo mong muốn. Dịch vụ xem điểm thi, tiền cước điện thoại của thuê bao, tỉ giá t iền tệ hiện nay như thế nào, hay kết quả sổ số, bản tin dự báo thời tiết… tất các những mong muốn trên đều có thể thực hiện qua chức năng tương tác thoại. 3.3.2.5 Time and Date Nhằm chỉ định các khoảng thời gian cụ thể cuộc gọi sẽ định hướng đến một số điện thoại hay một chức năng cụ thể khác, ví dụ trong công ty giám đốc muốn chỉ cho phép nhân viên sử dụng máy điện thoại trong giờ hành chánh còn ngoài giờ thì sẽ hạn chế hay không cho phép gọi ra bên ngoài. 3.3.2.6 Call Parking Chức năng Call Parking cũng thực hiện việc chuyển cuộc gọi nhưng có quản lý. Có một số điện thoại trung gian và hai thuê bao có thể gặp nhau khi thuê bao được gọi nhấn vào số điện thoại mà thuê bao chủ gọi đang chờ trên đó và từ đây có thể gặp nhau và đàm thoại. 3.3.2.7 Remote call pickupe Với tính năng này sẽ cho phép chúng ta từ máy điện thoại này có thể nhận cuộc gọi từ máy điện thoại khác đang rung chuông. 3.3.2.8 Privacy Manager Khi một người chủ doanh nghiệp triển khai Asterisk cho hệ thống điện thoại của công ty mình nhưng lại không muốn nhân viên trong công ty gọi đi ra ngoài trò chuyện với bạn bè, khi đó Asterisk cung cấp một tính năng tiện dụng là chỉ cho phép số điện thoại được lập trình được phép gọi đến những số máy cố định nào đó thôi, còn những số không có trong danh sách định sẵn sẽ không thực hiện cuộc gọi được. 3.3.2.9 Backlist Backlist cũng giống như Privacy Manager nhưng có một sự khác biệt là những máy điện thoại nằm trong danh sách sẽ không gọi được đến máy của mình (sử dụng trong tình trạng hay bị quấy rối điện thoại). Và còn rất nhiều tính năng nữa mà hệ thống asterisk có thể cung cấp cho người sử dụng, trên đây chỉ là một số tính năng thường được sử dụng. Chương 3 Tổng đài ASTERISK 42 3.3.3 Ngữ cảnh ứng dụng Asterisk thực hiện rất nhiều ngữ cảnh ứng dụng khác nhau tuỳ vào nhu cầu sử dụng, dưới dây sẽ g iớ i th iệu mộ t số ngữ cảnh ứng dụng thường được sử dụng trong thực tế và đã được triển khai trên hệ thống asterisk. 3.3.3.1 Tổng đài VoIP IP PBX Hình 3.8 IP BPX Đây là hệ thống chuyển mạch VoIP được xây dựng phục vụ các công ty có nhu cầu thực hiện trên nền tảng mạng nội bộ đã triển khai. Thay vì lắp đặt một hệ thống PBX cho nhu cầu liên lạc nội bộ thì nên lắp đặt hệ thống VoIP, vớ mô hình này chi phí phải trả sẽ được giảm đáng kể. Hệ thống liên lạc với mạng PSTN qua giao tiếp TDM. 3.3.3.2 Kết nối IP PBX với PBX Hình 3.9 Kết nối IP PBX với PBX Ngữ cảnh đặt ra là hiện tại Công ty đã trang bị hệ thống PBX bây giờ cần trang bị thêm để đáp ứng nhu cầu liên lạc trong công ty sao cho với chi phí thấp nhất, giải pháp để Chương 3 Tổng đài ASTERISK 43 thực hiện đó là trang bị hệ thống Asterisk và kết nối với hệ thống PBX đang tồn tại qua luồng E1. Ngoài ra để tăng khả năng liên lạc với mạng PSTN và VoIP khác, Công Ty sẽ đăng ký kết nối dịch vụ với nhà cung cấp dịch vụ VoIP. 3.3.3.3 Kết nối giữa các server Asterisk Hình 3.10 Kết nối giữa các server asterisk Phương pháp trên ứng dụng rất hiệu quả cho các công ty nằm rãi rác ở các vị trị địa lý khác nhau nhằm giảm chi phí đường dài. Ví dụ Công ty Mẹ có trụ sở đặt tại nước Mỹ và có các Chi nhánh đặt tại Việt Nam với hai địa điểm là Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Thông qua mạng WAN của Công Ty các cuộc gọi nội bộ giữa các vị trí khác nhau sẽ làm giảm chi phí đáng kể. 3.3.3.4 Các ứng dụng IVR, VoiceMail, Conference Call Hình 3.11 Triển khai server IVR, VoiceMail, Conference Call Ứng dụng thực hiện các server kết nối với hệ thống PSTN hay tổng đài PBX để triển khai các ứng dụng như tương tác thoại IVR. Một ví dụ cho ứng dụng tương tác thoại đó là Chương 3 Tổng đài ASTERISK 44 cho biết kết quả sổ số, kiểm tra cước cuộc, dịch vụ giải trí – tra cứu thông tin thông qua số 19001260. Ứng dụng VoiceMail thu nhận những tin nhắn thoại từ phía thuê bao giống như chức năng hộp thư thoại của Bưu Điện triển khai. Chức năng cuộc gọi hội nghị được thiết lập cho nhiều máy điện thoại cùng nói chuyện với nhau. 3.3.3.5 Chức năng phân phối cuộc gọi tự động ACD Hình 3.12 Phân phối cuộc gọi với hàng đợi ACD (Automatic Call Distribution): Phân phối cuộc gọi tự động. Chức năng được ứng dụng cho nhu cầu chăm sóc khách hàng hay nhận phản hổi từ phía khách hàng. Giả sử một Công ty hệ thống điện thoại có khả năng tiếp nhận cùng một lúc 10 cuộc gọi, như thế nếu có thêm cuộc gọi thứ 11 gọi đến thì hệ thống giải quyết như thế nào? Bình thường thì sẽ nghe tín hiệu bận nhưng với chức năng phân phối cuộc gọi sẽ đưa thuê bao đó vào hàng đợi để chờ trả lời, trong khi chờ trả lời cuộc gọi thuê bao có thể nghe những bài hát hay do asterisk cung cấp và khi nào một trong mười số điện thoại đang gọi trở về trạng thái rỗi thì cuộc gọi đang chờ sẽ được trả lời. Giống như chức năng của dịch vụ: dịch vụ hỗ trợ thông tin 1080, dịch vụ hẹn giờ 116 của Bưu Điện, dịch vụ hỗ trợ khách hàng của các tổng đài điện thoại. 3.4 Asterisk với VoIP 3.4.1 Các thiết bị dùng trong VoIP 3.4.1.1 VoIP phone Là thiết bị phần cứng kết nối với VoIP giống như máy điện thoại cố định thông thường. Tuy nhiên để sử dụng cho VoIP cần phải cấu hình trước khi sử dụng. Chương 3 Tổng đài ASTERISK 45 Một số tính năng khi thực hiện mua thiết bị điện thoại VoIP: + Low Bandwidth: hỗ trợ cho loại Codec nào, thường hiện nay người ta sử dụng G729. + Web Interface: phải có giao tiếp thiết lập cấu hình thân thiện dễ sử dụng. + Audio Interface: có speaker phone hay không. 3.4.1.2 Softphone Là một phần mềm được cài trên máy tính, thực hiện tất cả các chức năng giống như thiết bị điện thoại VoIP. Khi sử dụng softphone, để giao tiếp máy tính phải có card âm thanh, headphone và firewall không bị khóa. Đối với hệ thống Asterisk, nên dùng softphone với công nghệ giao thức mới dành cho Asterisk là IAX. 3.4.1.3 Card giao tiếp với PSTN Muốn cho phép các máy điện thoại nội bộ trong hệ thống Asterisk kết nối và thực hiện cuộc gọi với mạng PSTN, chúng ta cần phải có thiết bị phần cứng tương thích. Thiết bị Chương 3 Tổng đài ASTERISK 46 phần cứng sử dụng cho hệ thống Asterisk do chính tác giả lập công ty Digium phân phối, xuất phát từ ý tưởng phân phối phần mềm Asterisk và hệ thống nguồn mở miễn phí. Thiết bị phần cứng thường ký hiệu bắt đầu bằng cụm từ TDMxyB trong đó x là số lượng port FXS, y là số lượng port FXO. Giá trị tối đa của cả x và y là 4. Hình Card TDM22B gồm 4 port 2 FXS và 2 FXO 3.4.1.4 ATA (Analog Telephone Adaptors) ATA là thiết bị kết nối với điện thoại Analog thông thường đến mạng VoIP, một thiết bị ATA gồm có hai loại port: RJ-11 để kết nối với máy analog thông thường và RJ-45 để kết nối với mạng VoIP. ATA là thiết bị FXS chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu số sử dụng cho mạng VoIP để tận dụng thiết bị Analog cho kết nối VoIP. Thiết bị ATA sử dụng với giao thức IAX được Digium phân phối là thiết bị ATA được sử dụng rộng rãi với Asterisk có tên gọi là IAXy. 3.4.2 Các giao thức VoIP đƣợc Asterisk hỗ trợ Asterisk hỗ trợ hai giao thức chuẩn và một giao thức dành riêng cho Asterisk. Chương 3 Tổng đài ASTERISK 47 3.4.2.1 IAX ( Inter-Asterisk eXchange) IAX là giao thức chuẩn dành riêng cho Asterisk. Nó cung cấp hoạt động liên kết trong suốt với tường lửa NAT và PAT. Nó hỗ trợ việc thiết lập, nhận, chuyển cuộc gọi và đăng ký cuộc gọi. Với IAX, các điện thoại hoàn toàn cơ động. Chỉ cần kết nối điện thoại với Asterisk server bất cứ đâu trên mạng Internet, chúng sẽ đăng ký với PBX chủ và được định tuyến cuộc gọi ngay tức thì. IAX có đoạn mào đầu rất nhỏ. Với bốn byte của mào đầu, so sánh với 12 byte mào đầu của SIP hay H.323, bản tin IAX có thể nói là nhỏ hơn rất nhiều. IAX hỗ trợ xác thực đối với các cuộc gọi đến và đi. Asterisk cung cấp năm phương thức điều khiển truy nhập. Ta có thể giới hạn truy cập vào từng phần của dial plan. 3.4.2.2 SIP (Session Initiation Protocol) SIP là chuẩn của IETF dành cho VoIP. Giao thức này đã được mô tả chi tiết ở phần trên. Cấu trúc điều khiển của SIP bao gồm cả SMTP, HTTP, FTP và các chuẩn khác của IETF. SIP chạy trên nền TCP/IP và điều khiển các phiên RTP (Real Time Protocol). RTP truyền dữ liệu với mỗi phiên của VoIP. SIP là một chuẩn thiết yếu của VoIP bới vì tính đơn giản của nó khi so sánh với các giao thức khác như H.323. Giao thức SIP trong Asterisk hỗ trợ tốt việc giao tiếp giữa các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau, trong đó có cả SNOM và Cisco. 3.4.2.3 H.323 H.323 là chuẩn ITU dành cho VoIP. Trong khi H.323 vẫn được sử dụng trong Asterisk thì ngày nay nó càng ngày càng ít được sử dụng. Nó đang dần được thay thế bằng các chuẩn hiện đại hơn như SIP và IAX. 3.4.3 Các chuẩn nén và định dạng file Một bộ nén và giải nén (codec: compressor/decompressor) được sử dụng để nén tín hiệu thoại tương tự thành luồng dữ liệu số hay giải nén dữ liệu thành tín hiệu tương tự. Asterisk có thể hoạt động với nhiều định dạng file và chuẩn nén khác nhau. Bới vì nó là một phần mềm với cấu trúc mở nên nó dễ dàng hoạt động với các định dạng file và codec thêm vào. Có hai chuẩn nén PCM 64kbps phổ biến, luật A và luật u. Cả hai điều sử dụng nén logarit để đạt được 12 đến 13 bit cho việc nén tuyến tính 8 bit. Nén logarit làm giảm các tần số cao hay âm lượng lớn. Luật A tốt hơn trong việc nén tín hiệu mức thấp và có tỉ số Chương 3 Tổng đài ASTERISK 48 nén tín hiệu trên nhiễu tốt hơn. Luật u thường được sử dụng ở Bắc Mỹ, còn luật A thường được sử dụng ở châu Âu. Asterisk cung cấp việc chuyển đổi hoàn hảo giữa các chuẩn nén với nhau.  Các chuẩn nén gồm có: Chuẩn nén Tốc độ 16 bit tuyến tính 128 kbps G.711u (luật u) 64 kbps G.711a (luật A) 64 kbps IMA-ADPCM 32 kbps GSM 6.10 12 kbps MP3 biến đổi LPC-10 2.4 kbps Hình 3.13 Các chuẩn nén Thêm vào đó, các chuẩn nén khác như G.723.1 và G.729 có thể đi qua một cách trong suốt. Thông thường, người ta sử dụng bộ nén và giải nén luật A, luật u hay tuyến tính cho băng DTMF. Hầu hết các chuẩn nén có độ mất mát dữ liệu tương đối lớn khi truyền fax.  Các định dạng file Asterisk sử dụng nhiều file khác nhau để lưu trữ dữ liệu âm thanh bao gồm voicemail và music on hold. Asterisk hỗ trợ nhiều định dạng file và file âm thanh khác nhau. Các định dạng được hỗ trợ bao gồm: Định dạng Mô tả Raw dữ liệu 16 bit tuyến tính Pcm dữ liệu 8 bit luật u Vox dữ liệu 4 bit IMA-ADPCM Wav file WAV tuyến tính 16 bit ở 8 KHz WAV file WAV nén GSM ở 8 KHz Gsm dữ liệu nén GSM g723 định dạng g723 đơn giản với nhãn thời gian Hình 3.14 Các định dạng file Chương 3 Tổng đài ASTERISK 49  Hệ thống quản lý file của Asterisk Thƣ mục Mô tả /etc/asterisk Tất cả các file cấu hình trừ /etc/zaptel.conf /usr/sbin Các đoạn mã và file thực thi của Asterisk bao gồm asterisk, astman, astgenkey và safe_asterisk /usr/lib/asterisk Các đối tượng nhị phân riêng của cấu trúc Asterisk /usr/lib/asterisk Các module thời gian thực cho các ứng dụng, điều khiển kênh, bộ nén và giải nén, định dạng file,... /usr/include/asterisk Các file mào đầu cần thiết cho xây dựng các ứng dụng của Asterisk, điều khiển kênh và các module hoạt động. /var/lib/asterisk Chứa biến được sử dụng bởi Asterisk trong suốt hoạt động bình thường /var/lib/asterisk/agi-bin Các đoạn mã AGI dùng bởi ứng dụng dial plan AGI /var/lib/asterisk/astdb Cơ sở dữ liệu của Asterisk, lưu trữ các thông tin cấu hình. File này không bao giờ thay đổi bởi người sử dụng được, mà chỉ có thể thay đổi bằng câu lệnh cơ sở dữ liệu của Asterisk: thêm vào và chỉnh sửa file này /var/lib/asterisk/images Các hình được tham chiếu bởi các ứng dụng hay bởi dial plan /var/lib/asterisk/keys Các khoá chung hoặc riêng được sử dụng trong Asterisk cho xác thực RSA. IAX sử dụng những chìa khoá được lưu trữ ở đây. /var/lib/asterisk/mohmp3 Các file MP3 được sử dụng cho chức năng music on hold. Cấu hình cho music on hold được chứa trong thư mục này. /var/lib/asterisk/sounds Chứa các file âm thanh, cảnh báo,... được sử dụng Chương 3 Tổng đài ASTERISK 50 bởi các ứng dụng của Asterisk. Một vài ứng dụng có thể lưu trữ các file riêng của mình trong các thư mục con /var/run Các file PID và tên chương trình chạy thời gian thực /var/run/asterisk.pid Primary Process Identifier (PID) của các ứng dụng Asterisk đang thực thi /var/run/asterisk/ctl Hệ thống tên được sử dụng bởi Asterisk để cho phép điều khiển từ xa. /var/spool/asterisk Các file chạy thời gian thực cho voicemail, các cuộc gọi ra ngoài,... /var/spool/asterisk/outgoing Asterisk điều khiển thư mục này cho các cuộc gọi ra ngoài. Một cuộc gọi ra ngoài sẽ lưu kết quả vào một file trong thư mục này. Asterisk phân tích file được tạo ra và thiết lập cuộc gọi.Nếu như cuộc gọi được trả lời, nó sẽ chuyển tới Asterisk PBX. /usr/spool/asterisk/qcall Được sử dụng để phản kháng ứng dụng qcall. Không được sử dụng. /var/spool/asterisk/vm Hộp thư thoại, thông báo và các thư mục Bảng 3.2 Hệ thống quản lý file trong Asterisk 3.4.4 File cấu hình 3.4.4.1 Giới thiệu Sự linh động của Asterisk được điều khiển thông qua các file cấu hình được chứa trong thư mục /etc/asterisk ngọai trừ file zaptel.conf cấu hình cho phần cứng TDM nằm tại thư mục /etc. Định dạng của các file cấu hình trong Asterisk tương tự với dạng file .ini (trong Window). File này định dạng theo mã ASCII được chia ra thành nhiều phần (sections). Các nội dung sau dấu chấm phẩy là chú thích trong file cấu hình. Các dòng trắng, khoảng trắng không có ý nghĩa trong file cấu hình. Các phép gán được sử dụng: “=” dùng để gán các biến, “=>”để gán các đối tượng Chương 3 Tổng đài ASTERISK 51 ; The first non-comment line in a config file ; must be a section title ; [section1] keyword = value ; Variable assignment [section2] keyword = value object => value ; Object declaration 3.4.4.2 Các kiểu của file cấu hình Mặc dù các file cấu hình của Asterisk có định dạng giống nhau, nhưng chúng được phân ra làm 3 kiểu cơ bản thường được sử dụng. 3.4.4.2.1 Simple Group Simple Group là dạng đơn giản nhất được sử dụng bởi các file cấu hình mà mỗi đối tượng chỉ có ý nghĩa trên dòng đó. Ví dụ: [mysection] object1 => option1a,option2a,option3a object2=> option1b,option2b,option3b Tương ứng với object1 là các đối tượng option1a, option2a, option3a. Còn object2 được gán cho các đối tượng option1b, option2b, option3a. Cấu hình này thường được sử dụng trong các file: extensions.conf, meetme.conf, voicemail.conf… 3.4.4.2.2 Inherited option object: Kiểu cấu hình này thường được sử dụng bởi các file: zapata.conf, phone.conf, mgcp.conf . Trong kiểu cấu hình này, các dòng phía dưới thừa kế các thông số của các dòng trên nó. Chương 3 Tổng đài ASTERISK 52 Ví dụ: [mysection] option1 = foo option2 = bar object => 1 option1 = baz object => 2 Hai dòng đầu tiên gán hai giá trị foo, bar cho option1, option2. Đối tượng “1” được tạo ra bởi hai thông số là option1=foo và option2=bar. Khi option1 được thay đổi thành baz thì đối tượng “2” được tạo thành từ hai thông số là option1=baz và option2=bar. Như vậy thay đổi giá trị option1 sau khi đối tượng “1” đã được gán chỉ ảnh hưởng đến đối tượng “2” mà không ảnh hưởng đến đối tượng “1”. 3.4.4.2.3 Complex entity object: Kiểu cấu hình này sử dụng bởi các file: iax.conf, sip.conf, được tổ chức thành nhiều thực thể (entity), ứng với mỗi entity có nhiều thông số được khai báo, mỗi entity là các section để khai báo. Ví dụ: [myentity1] option1=value1 option2=value2 [myentity2] option1=value3 option2=value4 Entity myentity1 có các giá trị value1, value2 cho các thông số option1, option2. Trong khi đó entity myentity2 cũng có các thông số là option1, option2 nhưng với các giá trị là value3, value4. Chương 3 Tổng đài ASTERISK 53 3.4.4.3 Channel interfaces: Phần này giới thiệu các file cấu hình cho các Asterisk channel drivers. Asterick có thể được cấu hình với nhiều mục đích khác nhau, nhưng mô hình thông thường nhất là Client/Server. Mô hình này cho phép các client – hay còn gọi là UAC – user agent client kết nối vào server là Asterisk – hay còn gọi là UAS – User Agent Server. Các UAC là nơi sinh ra các session trong khi UAS thì xử lý thụ động các session nhận được dựa trên tập hợp rule có sẳn. Phần IV sẽ đi rỏ hơn về các dạng ứng dụng này. Ta có thể cấu hình Asterisk trong console mode, hoặc có một cách tiện lợi hơn là edit trực tiếp các file cấu hình trong /etc/asterisk. Mổi ứng dụng riêng của Asterisk như voicemail, zaptel, music-on-hold, meetme, conference, iax … đều có configuration riêng của mình, tuy nhiên có 2 file cấu hình quan trọng nhất là sip.conf và extension.conf: - Sip.conf : file cấu hình về các thông tin của các UAC như username, password, IP, type, security, codec, là thành phần căn bản nhất lưu giử thông tin trong Asterisk. - Extension.conf: file cấu hình về các luật định tuyến cuộc gọi, luật quay số, các extension trong ngoài và những tính năng đặc biệt khác. Extensions.conf là file quan trọng nhất trong bất kỳ cấu hình Asterisk nào. Các file cấu hình khác - Voicemail.conf: file cấu hình cho hệ thống voice-mail của asterisk. Asterisk có thể dùng lệnh Sendmail trên CentOS để gởi mail đến cho các địa chỉ được lưu trong file cấu hình này. - Zaptel.conf: File này nằm ngoài /etc, là file chứa thông số index, driver dành cho Linux khi kích hoạt các thiết bị Telephony cắm trực tiếp vào Asterisk thông qua cổng PCI - Zapata.conf: Cũng thuộc module zaptel, nhưng là file kết nối các thiết bị Telephony đã được khai báo vào hệ thống chính của Asterisk - Iax(2).conf: Các thông số về IAX (inter-asterisk protocol) dùng khi kết nối 2 asterisk box với nhau - MeetMe.conf: Một chức năng tạo room conference căn bản. 3.4.5 Dialplan trong Asterisk Dialplan là trái tim thật sự của bất kì hệ thống Asterisk nào, nó định nghĩ Asterisk xử lý các cuộc gọi đến và đi như thế nào. Một cách ngắn gọn, nó chứa danh sách các lệnh Chương 3 Tổng đài ASTERISK 54 hoặc các bước mà Asterisk sẽ theo. Không giống như hệ thông điện thoại truyền thống, dialplan của Asterisk có thể tùy biến hoàn toàn. Để hiểu và cài đặt hệ thống Asterisk thành công, điều thiết yếu nhất là phải hiểu được dialplan. Trong phần này, ta sẽ từng bước xây dựng nên một dialplan đơn giản và dần dần phát triển nó. 3.4.5.1 Dialplan Syntax Dialplan của Asterisk chỉ được đặc tả trong file cấu hình “extensions.conf”. Dialplan được tạo thành từ 4 phần chính: contex, extensions, priorities và application. Các thành phần này làm việc với nhau để tạo nên một dialplan. 3.4.5.1.1 Contexts Dialplan được chia thành các phần gọi là context. Context tách biệt các nhóm thuê bao. Nó giữ cho các thành phần khác nhau không tác động lẫn nhau, mỗi extension được định nghĩa trong 1 context hoàn toàn tách biệt với bất kì extension nào trong context khác, trừ khi việc tương tác giữa chúng được đặc biệt cho phép. Lấy một ví dụ đơn giản để dễ hiểu, giả sử 2 công ty cùng chia sẽ một Asterisk Server. Khi đặt menu voice của mỗi công ty trong context của chính công ty đó, khi đó sẽ có sự cách biệt rõ ràng giữa chúng với nhau, khi cả hai cùng gọi extension 0 thì chuyện gọi này sẽ là độc lập giữa 2 công ty, không có một sự liên hệ nào ở đây. Context được chỉ định bằng cách đặt tên của context đó vào trong dấu ngoặc vuông. Tên của context có thể là kí tự từ a  z, 0 9, - và _. Ví dụ:[outcommingcall] Tất cả các chỉ dẫn đặt sau đó là các phần của context đó cho tới khi context tiếp theo được định nghĩa. Trong phần đầu của dialplan đó, có 2 context đặc biệt là [general] và [globals]. Một trong những công dụng quan trọng của context là thực thi bảo mật. Bằng cách sử dụng context chính xác, có thể giúp cho caller A có thể truy cập vào các dịch vụ, đặc tính mà các caller khác không có. Nếu hệ thống không được xây dựng một cách cẩn thận, nó có thể bị gian lân, sử dụng lậu bởi người khác. Điều này là đặc biệt nghiêm trọng. Hệ thống Aste